identifier: Deen, Imran  (2021). Additive-enhanced biopolymer scaffolds for bone repair. / Échafaudages de biopolymère avec additifs pour la réparation des os.  Thèse.  Québec, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 179 p.

subject:
biomatériaux
ingénierie tissulaire
collagène
chitosan
hydrogel
échafaudage
dépôt électrophorétique
minéralisation
hydroxyapatite
verre phosphate
biomaterials
tissue engineering
collagen
chitosan
hydrogel
scaffold
electrophoretic deposition
mineralization
hydroxyapatite
phosphate glass

abstract:
Présentement, la technique de prélever du tissu osseux d’un site donneur pour une greffe osseuse est bien établie, mais entraines toutes sortes de complications. Les biomatériaux sont considérés comme la prochaine itération pour avancer la médecine régénératrice, et qui peut remplacer la nécessité d’une opération chirurgicale pour prélever l’os, ou d’utiliser l’os d’une source externe, ce qui produit dans une réponse antigénique. La création des biomatériaux qui peuvent incorporer des éléments bioactifs et qui ont des propriétés de guérison significativement plus élevées que les matériaux traditionnels est donc extrêmement désirable. Le but de ce projet est d’incorporer des éléments bioactifs, tels que des polypeptides dérivés de la fibroïne (FDP) de soie et des verres bioactifs (spécifiquement du verre de phosphate, PG), dans des échafaudages de collagène et de chitosan. L’objectif est de créer un échafaud biocompatible avec des propriétés mécaniques et biologiques comparable au tissu osseux et qui peuvent être utilisés pour la réparation des os. En outre, l’utilisation de ces éléments peuvent également être utilisés pour créer des couches bioactives pour les implants biomédicaux (prothèses métalliques). Les éléments bioactifs seront incorporés dans les hydrogels dans le but d’améliorer les propriétés biologiques et mécaniques du gel et la biocompatibilité de l’échafaudage, le rendant plus attirant pour des applications cliniques. La composition, la morphologie et la structure de ces gels et échafaudages, avec et sans additifs bioactifs incorporés, seront analysées. L’objectif final est de caractériser l’effet des additifs dans les hydrogels et les échafaudages en termes de propriétés de matériaux et biologiques. Le chitosan (CTS) est un polymère non toxique, biocompatible et biodégradable qui a suscité un intérêt considérable dans un large éventail d’applications biomédicales et pharmaceutiques, y compris l’administration de médicaments et l’ingénierie des tissus osseux. L’utilisation des verres de phosphates dopés avec CuO pour améliorer la nucléation de l’hydroxyapatite (HA) a été étudiée au cours de ce projet/recherche, qui montre que les groupes phosphate anioniques et les ions calcium libérés des verres phosphatés dissous peuvent être utilisés pour générer HA in vitro. À cette fin, on a fabriqué des hydrogels de CTS-collagène mélangés (à un rapport de 1:1 et 1:2 par poids) incorporant 50 wt% de PG, ainsi que des revêtements de CTS-collagène PG fabriqués par déposition électrophorétique (EPD). Les résultats expérimentaux comprennent l'analyse de la taille des particules (PSA), l'imagerie par microscopie électronique à balayage (SEM), la spectroscopie par réflectance totale atténuée et infrarouge à transformée de Fourier (ATR FT-IR), l'analyse thermogravimétrique (TGA), la spectroscopie par diffraction des électrons (EDS), la spectroscopie de diffraction des électrons (EDS), la spectroscopie d'électro-impédance (EIS), la chromatographie liquide-spectrométrie de masse (LCMS), la diffraction des rayons X (XRD), la microbalance à cristaux de quartz (QCM) et l'analyse pondérale ont été utilisées pour caractériser les hydrogels et les revêtements obtenus et étudier leur composition et leur structure. La caractérisation des bioadditifs par ATR FT-IR et XRD a montré que les FDP immergés dans du fluide corporel simulé (SBF) ont nucléé HA in vitro, mais lorsqu'ils ont été incorporés dans un hydrogel, ils n'ont pas montré de différence significative par rapport au contrôle. En outre, les résultats du LCMS ont montré que les FDP étaient composés d'acides aminés largement neutres (~97% du total), ce qui explique leur incapacité à attirer les anions et les cations nécessaires à la nucléation de HA. D’autre part, le PG ont montré un potentiel de minéralisation de HA, car il a conservé ~20% de son masse initiale lorsqu'il a été immergé dans le SBF (par rapport à une dissolution totale dans H₂O), et a augmenté en masse lorsqu'il a été placé dans un hydrogel in vitro. De plus, les images SEM du PG immergé dans le SBF a montré la formation de nouvelles particules après trois jours. Des résultats similaires ont été observés dans les hydrogels, et après sept jours la masse de l'hydrogel de PG était significativement plus élevée que la masse des hydrogels sans PG. Les spectres ATR FT-IR ont montré des bandes associées à la présence de phosphates, et la caractérisation élémentaire par EDS a montré 30-40% de phosphore lorsque le PG dopé avec CuO était incorporé dans les hydrogels. Les profils XRD ont confirmé la formation d'une nouvelle particule qui correspond au profil du phosphate de calcium amorphe (ACP). L'EPD a montré que le co-déposition de particules de PG dans les revêtements de collagène/CTS à température et pression ambiantes standard (1 kPa, 25 ºC) était possible, et que l'ajout de collagène conduisait à la stabilisation stérique du PG en solution. PSA a montré que la suspension colloïdale de PG sédimentait avec le temps, et la taille moyenne des particules diminuant de 11,8 μm à 5,6 μm après avoir été laissée au repos pendant 15 minutes. Cependant, le rendement du dépôt à différents points de temps a montré un profil typique du dépôt à tension constante. L'augmentation de la concentration de collagène dans la solution de PG permettait d'obtenir un rendement de dépôt plus élevé, tandis que les solutions de collagène pur ont entraîné la formation des bulles d'hydrogène gazeux à la cathode. Les images SEM ont montré des particules de PG plus grandes déposées avec le collagène qu'avec le chitosan, et l'ATR FT-IR a montré une présence significative de phosphate qui augmente avec la concentration de collagène. Le TGA a montré que la masse des particules de PG déposées augmente de 5-15% en poids avec le seul chitosan à 62-68% en poids avec le collagène. Ce travail fournit une base pour optimiser davantage les propriétés des hydrogels incorporant des verres de phosphate pour l'ingénierie du tissu osseux. Les résultats obtenus montrent que le PG a la capacité de se former un matériau analogue à l'os dans un hydrogel in vitro, ainsi que de se co-déposer avec des biopolymères et de former des revêtements qui peuvent imiter le tissu osseux natif. L'utilisation du PG offre la possibilité de fabriquer des tissus osseux de remplacement ou des implants orthopédiques aux propriétés biologiques adaptées, et avec une bioactivité accrue, tout en minimisant le risque de rejet de la part de l'hôte.

 The current approach for harvesting bone tissue for bone grafts is well established, yet has a host of complications associated with it. Biomaterials are viewed as the next step in regenerative medicine that can replace the need to either have an invasive surgery to harvest bone, or harvest bone from an external source that elicits an antigenic response. Creating biomaterials that can incorporate bioactive elements and have significantly higher healing properties than traditional materials is thus extremely desirable. The aim of this project is to incorporate bioactive elements, such as silk fibroin derived polypeptides (FDP) and bioactive glasses (e.g. phosphate glass, PG), into hydrogel scaffolds based on collagen and/or chitosan (CTS). The end goal is to create a dense, biocompatible scaffold with suitable biological properties that can be used for bone repair. Furthermore, the use of these materials to create bioactive coatings for biomedical implants is also being investigated. The bioactive additives were incorporated into the hydrogels with the expectation that they would improve the biological properties of the gel and biocompatibility of the scaffold, making it more suitable for clinical applications. The composition, morphology and structure of these gels and scaffolds with and without bioactive additives incorporated were analyzed and compared. Then end goal was to characterize the effect of incorporating additives into hydrogels and scaffolds in terms of their material and biological properties. CTS, a natural cationic polysaccharide, is derived from chitin, a naturally available marine polymer, and Type I collagen, the organic component of bone, were used for scaffold creation. CTS is a non toxic, biocompatible and biodegradable polymer and has attracted considerable interest in a wide range of biomedical and pharmaceutical applications including drug delivery and tissue engineering. The use of silk FDPs and CuO-doped PG to improve hydroxyapatite (HA) nucleation was investigated in the following work, which shows that the anionic phosphate groups and calcium ions released from dissolved phosphate glasses can be used to generate HA in vitro. To this end, blended CTS-collagen hydrogels (at a 1:1 and 1:2 ratio by mass) incorporating 50 wt% glass phosphate were fabricated, as well as CTS-collagen-PG coatings manufactured via Electrophoretic Deposition (EPD) using similar ratios. Experimental results including particle size analysis (PSA), scanning electron microscopy (SEM) imaging, attenuated total reflectance-Fourier transform infrared (ATR FT-IR) spectroscopy, Thermogravimetric Analysis (TGA), Electron Diffraction Spectroscopy (EDS), Electro Impedance Spectroscopy (EIS), Liquid Chromatography–Mass Spectrometry (LCMS), X-ray Diffraction (XRD), Quartz Crystal Microbalance (QCM) and weight analysis were used to characterize the resulting hydrogels and coatings and investigate their composition and structure. The characterization of the bioadditives via ATR FT-IR and XRD showed that silk FDPs immersed in Simulated Body Fluid (SBF) did nucleate HA in vitro, but when incorporated into a hydrogel did not show a significant different compared to the control. Furthermore, LCMS results showed that the FDPs were composed of largely neutral amino acids (~97% if the total), which provides an explanation for its inability to attract the necessary anions and cation to nucleate HA. Conversely, PG showed potential to mineralize HA, as it retained ~20% of its initial mass when immersed in SBF (compared to total dissolution in H₂O), and increased in mass when placed in a hydrogel in vitro. SEM of the PG immersed in SBF showed the formation of new particles after three days. Similar results were seen observed in DC gels, and after seven days the mass of the PG hydrogel was significantly higher than that of pure DC gels. ATR FT-IR spectra showed bands associated with the presence of calcium phosphates, and elemental characterization via EDS showed 30-40% phosphorus when CuO-doped PG was incorporated into the dense hydrogels. XRD confirmed the formation of a new particle that matches the profile of amorphous calcium phosphate (ACP). EPD showed the co-deposition of PG particles within collagen/CTS coatings at standard ambient temperature and pressure (1 kPa, 25 ºC) was possible, and the addition of collagen led to the steric stabilization of PG in solution. PSA showed that that the a colloidal suspension of PG sediment with time, with average particle size decreasing from 11.8 μm to 5.6 μm after being left to sit for 15 minutes. However, the deposition yield at different time points showed a profile typical of constant voltage deposition. Increasing the concentration of collagen in the PG solution allows for a higher deposition yield, while pure collagen solutions resulted in hydrogen gas evolution at the cathode. SEM images showed larger PG particles deposited with collagen than chitosan, and ATR FT-IR showed a significant phosphate presence that increased with collagen concentration, and TGA showed that the mass of PG particles deposited increases from 5-15 wt% with only chitosan to 62-68 wt% with collagen. This work provides a foundation to further optimize the properties of hydrogels incorporating phosphate glasses for bone tissue engineering. The results obtained show that PG has the ability to nucleate into a bone-analogous material within a hydrogel in vitro, as well as co-deposit with biopolymers and form coatings that can mimic native bone tissue. The use of PG allows for the potential to fabricate replacement bone tissue or orthopaedic implants with tailored biological properties with lower risk of rejection from the host and exhibit increased bioactivity.


identifier: Li, Pandeng  (2021). Investigations on photovoltaic efficiency, stability, and mechanism of organic solar cells. / Enquêtes sur l'efficacité photovoltaïque, la stabilité et le mécanisme des cellules solaires organiques.  Thèse.  Québec, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 160 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject:
cellules solaires organiques
additifs de solvant binaire
cellules solaires traitées à l'air
haute stabilité
constante diélectrique
transfert d'énergie
séparation des charges
organic solar cells
binary solvent additives
air-processed solar cells
high stability
dielectric constant
energy transfer
charge separation

abstract:
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L'utilisation actuelle de l'énergie repose principalement sur des combustibles fossiles non renouvelables et polluants, ce qui entraîne des conséquences non durables sur les plans sociétal, économique, géopolitique et environnemental. L'exploitation de l'énergie solaire est l'une des sources d'énergie renouvelable les plus prometteuses pour répondre à la demande énergétique mondiale, qui ne cesse de croître. Les cellules solaires, qui convertissent directement l'énergie solaire en électricité par l'effet photovoltaïque (PV), ont été considérées comme l'une des technologies les plus propres et les plus prometteuses pour résoudre les problèmes énergétiques actuels. Depuis que la première cellule solaire au silicium d'une efficacité de 6 % a été réalisée avec succès par le Bell Lab en 1954, l'efficacité des cellules solaires n'a cessé d'être améliorée et différents types de cellules solaires ont été explorés. Aujourd'hui, les diverses cellules solaires inorganiques basées sur le silicium cristallin, le tellurure de cadmium ou le séléniure de cuivre, d'indium et de germanium (CIGS) ont obtenu un rendement de conversion de puissance élevé (PCE) d'environ 15 à 27 % et occupent la plupart des technologies PV disponibles dans le commerce. Toutefois, les processus de fabrication complexes des cellules solaires inorganiques susmentionnées, le coût élevé des matières premières et les problèmes environnementaux connexes ont entravé leur déploiement à grande échelle. Ils ont encouragé des recherches intensives pour développer des technologies PV à haut rendement, à faible coût et respectueuses de l'environnement, parmi lesquelles les cellules solaires organiques (OSC) constituent une alternative prometteuse en raison de leurs avantages remarquables: faible coût, flexibilité, légèreté et simplicité des processus de fabrication. Aujourd'hui, le meilleur PCE des OSC à simple jonction a atteint plus de 18 % en laboratoire, ce qui les rend plus que jamais attrayants pour d'éventuelles applications commerciales. Cependant, certains problèmes liés aux OSC doivent être soigneusement résolus avant que les OSC puissent être largement appliqués. Premièrement, l'efficacité des OSC est toujours inférieure à celle du silicium. Il est très difficile de régler avec précision la ségrégation de phase de l'hétérojonction en vrac pour une dissociation efficace des excitons et le transport des charges, bien que de nombreux paramètres de traitement aient été ajustés, notamment le recuit thermique, le recuit à la vapeur de solvant et l'ingénierie des additifs de solvant. Parmi eux, l'ajout d'additifs de solvant est le moyen le plus simple et le plus efficace sans augmenter la complexité de fabrication des OSC, en particulier les additifs de solvant binaires. Cependant, le rôle du composant unique dans les additifs de solvant binaire n'a pas été entièrement divulgué dans les rapports susmentionnés. Deuxièmement, bien que l'efficacité des OSC se soit considérablement améliorée, la plupart des OSC sont toujours fabriqués dans une atmosphère inerte en raison de la sensibilité à l'air des matériaux photovoltaïques organiques, des couches d'interface et des matériaux d'électrode. L'aptitude au traitement à l'air et la stabilité à long terme des OSC ont donc attiré davantage l'attention et certaines stratégies ont été mises en oeuvre, comme l'utilisation de la structure inversée du dispositif, les oxydes métalliques comme couches d'extraction d'électrons, les oxydes métalliques à haute fonction de travail comme couches d'interface anodiques et la modification des films photoactifs. Cependant, la stratégie la plus prometteuse et la plus efficace pour obtenir des OSC stables et à haut rendement consiste à explorer les matériaux photovoltaïques stables et traitables à l'air dans diverses conditions. Parallèlement, il convient d'améliorer encore les performances des dispositifs correspondants et d'examiner en détail la stabilité à long terme de ces dispositifs traités par air dans différentes conditions ambiantes. Enfin, la percée des matériaux accepteurs non fullerènes fait progresser rapidement l'efficacité des dispositifs. Les caractéristiques les plus significatives des dispositifs à base de non-fullerène à haute performance sont la faible perte de tension et, par conséquent, la séparation efficace des charges avec une force motrice faible (ou négligeable). Jusqu'à présent, la plupart des recherches se sont concentrées sur les nouveaux accepteurs non fullerènes pour les dispositifs à haute performance avec une faible perte de tension. La dissociation d'exciton pour les dispositifs à base de nonfullerène avec une faible perte de tension (ou une petite force motrice) n'est pas entièrement claire, et les facteurs d'influence doivent être étudiés. Pour répondre aux questions ci-dessus, les trois parties de la thèse ci-dessous ont fourni des explorations significatives. Dans la première partie, pour sonder le principe de combinaison des additifs de solvant binaire et l'effet d'un seul composant dans les additifs de solvant binaire sur l'amélioration des performances du dispositif, nous avons développé un additif solvant binaire alternatif de 1,8-diiodooctane (DIO) et un p-anisaldéhyde (AA) et avons sondé son effet sur le dispositif basé sur le poly[(5,6-difluoro-2,1,3- benzothiadiazol-4,7-diyl)-alt- (3,3'''-di(2-octyldodecyl) 2,2' ;5',2'';5'',2''' -quaterthio-phen- 5,5'''-diyle)] (PffBT4T-2OD) comme donneur et l'ester méthylique de l'acide [6,6]-phényl-C61-butyrique (PC61BM) comme accepteur. Les mesures correspondantes ont été effectuées par spectroscopie d'absorption optique, diffraction des rayons X en incidence rasante (GIXRD), microscopie à force atomique (AFM) à module de Derjaguin-Muller-Toporov (DMT) et cartographie de l'énergie plasmonique par microscopie électronique à transmission à balayage (STEM). Il a été constaté que l'AA facilitait principalement l'ordre du polymère PffBT4T-2OD et sa haute cristallinité. Par contre, le DIO pouvait diffuser le PC61BM dans la matrice polymère PffBT4T-2OD pour élargir les interfaces D-A. Le film photoactif a donc obtenu de grandes dimensions de D-A. Ainsi, le film photoactif a obtenu de grandes interfaces D-A et un transport de porteurs de charge plus équilibré en combinant DIO et AA. Par conséquent, l'effet synergique bénéfique a conduit à un courant de court-circuit (Jsc) et à un facteur de remplissage (FF) élevés, et a finalement atteint un PCE de 10.64 %, qui a été amélioré de 16 % par rapport au dispositif de contrôle. Par conséquent, ce cas dévoile un mécanisme général d'exploration d'un nouvel additif de solvant binaire avec un effet synergique sur le film photoactif pour améliorer le dispositif OSCs. En outre, pour améliorer l'efficacité du dispositif par l'ingénierie des additifs de solvant, la stabilité du dispositif dans différentes conditions, qui est un autre aspect du dispositif à haute performance, doit être prise en compte. Dans la deuxième partie, basée sur un terpolymère à faible bande interdite stable dans l'air (PDPPPTD) de notre collaborateur, les OSCs traités dans l'air, composés de PDPPPTD comme donneur et de PC61BM comme accepteur, ont atteint avec succès un PCE élevé de 6.34%, et les stabilités des performances du dispositif dans différentes conditions ambiantes ont été étudiées. Il a été constaté que le dispositif correspondant présentait une stabilité thermique, une photostabilité et une stabilité à long terme supérieures dans une atmosphère ambiante avec une humidité appropriée, par rapport à de nombreux OSC rapportés. En outre, compte tenu du grand potentiel, un additif solvant p-anisaldéhyde (AA) non toxique et sans iode a été essayé, puis l'efficacité supérieure de 7.41% a été fabriquée avec succès, ce qui est l'une des efficacités les plus élevées des OSCs stables et traités à l'air. De plus, avec le traitement AA, la reproductibilité et la stabilité des performances du dispositif dans différentes conditions ambiantes ont été améliorées. Par conséquent, cela présente une voie pour développer des OSCs traités à l'air pour une application commerciale dans le futur. Dans la troisième partie, pour comprendre la dissociation efficace des excitons sous une petite force motrice avec une perte de tension réduite dans les dispositifs photovoltaïques à base de non fullerène, une nouvelle méthode de mesure précise des constantes diélectriques a été utilisée dans les différents dispositifs à base de non fullerène consistant en un polymère PM6 à base de thiényl benzodithiophène fluoré (BDT-2F) comme donneur commun, et une série sélectionnée de matériaux non fullerènes comme accepteurs. Il a été constaté que, par rapport aux dérivés du fullerène, la plupart des matériaux non fullerènes présentaient des constantes diélectriques plus élevées. De plus, les films de mélange correspondants présentaient des constantes diélectriques plus élevées et des différences de constantes diélectriques plus importantes entre le donneur polymère PM6 et les accepteurs non fullerènes, confirmées par microscopie optique à champ proche à balayage de type diffusion. Les résultats indiquent que les dispositifs à base de nonfullerène diminuent l'énergie de liaison des excitons et la perte par recombinaison des porteurs, tout en augmentant la séparation des charges, ce qui est cohérent avec la dissociation efficace des excitons sous une petite force motrice. En outre, le chevauchement entre le spectre d'émission du donneur de polymère PM6 et les spectres d'absorption des accepteurs non fullerènes a permis le transfert d'énergie de résonance du donneur de polymère PM6 à l'accepteur dans les dispositifs non fullerènes. Cela a été confirmé en comparant les spectres d'émission changeant des films donneurs (et accepteurs) vierges et des films de mélange correspondants. Le transfert d'énergie de résonance a amélioré la diffusion efficace des excitons. L'effet synergique de la propriété diélectrique élevée et du transfert d'énergie sur la séparation des charges, a donc interprété la dissociation efficace des excitons pour la performance élevée du dispositif sous une petite force motrice. En même temps, le travail a donné une voie possible pour éclairer le mécanisme physique intrinsèque de fonctionnement des OSCs non-fullerènes.

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The current energy use mainly relies on nonrenewable and polluting fossil fuels, which causes unsustainable consequences for societal, economical, geopolitical, and environmental issues. Harnessing solar energy is one of the most promising renewable energy sources to meet the world's large and growing energy demand. Solar cells, which directly convert solar energy to electricity via the photovoltaic (PV) effect, have been considered as one of the cleanest and most promising technologies to tackle today's energy issues. Since the first silicon solar cell with the efficiency of 6% was successfully achieved by Bell Lab in 1954, the efficiency of solar cells was continuously improved and different kinds of solar cells were explored. Nowadays, the various inorganic solar cells based on crystalline silicon, cadmium telluride, or copper indium germanium selenide (CIGS) obtained a high power conversion efficiency (PCE) of about 15-27% and occupied most of the PV technologies available commercially. However, the complex manufacturing processes of the above inorganic solar cells, the high cost of raw materials, and the related environmental issues have impeded their widespread deployment. They encouraged intensive researches to develop high-efficiency, low-cost, and eco-friendly PV technologies, of which organic solar cell (OSC) is a promising alternative because of their remarkable advantages of low-cost, flexibility, light weight, and simple fabrication processes. Now the best PCE of single-junction OSC has reached up to over 18% in the lab, which makes them more than ever attractive for possible commercial applications. However, some issues in OSCs required to be carefully addressed before the OSCs likely can be widely applied. Firstly, the efficiency of OSC still lags behind silicon one. It is very difficult to precisely tune the bulk-heterojunction phase segregation for efficient exciton dissociation as well as charge transport, although many related processing parameters have been adjusted, including thermal annealing, solvent vapor annealing, and solvent additives engineering. Among them, adding solvent additive is the simplest and very effective way without increasing the fabricated complexities of OSCs, especially the binary solvent additives. However, the role of the single component in binary solvent additives has not been fully disclosed in the aforementioned reports. Second, regardless of the fact that the efficiency of OSC achieved huge improvement, most of the OSCs are still fabricated in an inert atmosphere due to the air sensitivity of organic photovoltaic materials, interface layers, and electrode materials. So the air processability and long-term stability of OSCs have attracted more attention and some strategies have been conducted, such as employing the inverted device structure, the metal oxides as electron extraction layers, the high work-function metal oxides as anode interface layers, and modification of photoactive films. However, the most promising and effective strategy for stable and high-efficiency OSCs is to explore the air- processable and stable photovoltaic materials under various conditions. Meanwhile, the related device performance should be further improved and the long-term stabilities of these air-processed devices under different ambient conditions should be examined in detail. Lastly, the breakthrough of non-fullerene acceptor materials makes the device's efficiency rapidly progresses. And the most significant features of high-performance non fullerene based devices are the low voltage loss and consequently the efficient charge separation with a small (or negligible) driving force. Until now, most researches mainly focus on the novel non-fullerene acceptors for high-performance devices with lower voltage loss. Exciton dissociation for non-fullerene based device with a low voltage loss (or a small driving force) is not entirely clear, and the influencing factors are highly required to be investigated. To answer the above questions, below three parts in the thesis have provided meaningful explorations. In the first part, to probe the combination principle of binary solvent additives and the effect of a single component in binary solvent additives on the improvement of device performance, we developed an alternative binary solvent additive of 1,8-diiodooctane (DIO) and a p-anisaldehyde (AA) and probed its effect on the device based on poly[(5,6-difluoro-2,1,3- benzothiadiazol-4,7-diyl)-alt-(3,3’’’-di(2- octyldodecyl) 2,2’;5’,2’’;5’’,2’’’ -quaterthio-phen- 5,5’’’-diyl)] (PffBT4T-2OD) as the donor and [6,6]- phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PC61BM) as the acceptor. Related measurements were conducted by optical absorption spectroscopy, grazing- incidence X-ray diffraction (GIXRD), Derjaguin-Muller-Toporov (DMT) modulus atomic force microscopy (AFM), and plasmon energy mapping via scanning transmission electron microscopy (STEM). It was found that AA mainly facilitated PffBT4T-2OD polymer order and high crystallinity. Differently, DIO could diffuse PC61BM into the PffBT4T-2OD polymer matrix for enlarged D-A interfaces. So the photoactive film obtained large D-A interfaces and more balanced charge carrier transport by combining DIO and AA. Hence, the beneficial synergistic effect led to the high short circuit current (Jsc) and fill factor (FF), and finally reached to PCE of 10.64%, which was improved by 16% compared with the control device. Therefore, the case unveils a general mechanism of exploring new binary solvent additive with synergistic effect on the photoactive film to enhance the OSCs device. In addition, to improve device efficiency by solvent additives engineering, the device stabilities under different conditions as another aspect of the high-performance device, should be considered. In the second part, based on an air-stable low bandgap terpolymer (PDPPPTD) from our collaborator, the air-processed OSCs consisting of PDPPPTD as the donor and PC61BM as the acceptor, successfully achieved a high PCE of 6.34%, and the stabilities of device performance under different ambient conditions were studied. It was found that the related device exhibited superior thermal stability, photo-stability, and long-term stability in an ambient atmosphere with suitable humidity compared with lots of the reported OSCs. Besides, considering the great potential, a nontoxic and iodine-free p-anisaldehyde (AA) solvent additive was attempted, then the higher efficiency of 7.41% was successfully fabricated, which is one of the highest efficiency of air-processed and stable OSCs. Moreover, with AA treatment, the related device performance reproducibility and stability under different ambient conditions were further improved. Therefore, it presents a pathway to develop air-processed OSCs for commercial application in the future. In the third part, to figure out the efficient excitons dissociation under a small driving force with reduced voltage loss in non-fullerene based photovoltaic devices, a novel method of accurately measuring dielectric constants was used in the different non-fullerene based devices consisting of fluorinated-thienyl benzodithiophene (BDT-2F)-based polymer PM6 as the common donor, and a selected series of non fullerene materials as the acceptors. It was found that compared with fullerene derivatives, most non fullerene materials showed higher dielectric constants. Moreover, the corresponding blend films exhibited the higher dielectric constants and the larger dielectric constant differences between PM6 polymer donor and non-fullerene acceptors confirmed by scattering-type scanning near-field optical microscopy. The results indicated that the non-fullerene based devices decreased exciton binding energy and carrier recombination loss, and meanwhile increased charge separation, which is consistent with the efficient exciton dissociation under a small driving force. In addition, the overlap between the emission spectrum of PM6 polymer donor and absorption spectra of non-fullerene acceptors allowed the resonance energy transfer from PM6 polymer donor to the acceptor in the non-fullerene based devices. It was further confirmed by comparing the emission spectra changing of pristine donor (and acceptor) films and corresponding blend films. The resonance energy transfer enhanced the efficient exciton diffusion. The synergistic effect of high dielectric property and energy transfer on charge separation, therefore, interpreted efficient exciton dissociation for the high device performance under a small driving force. Meanwhile, the work gave a possible path to illuminate the intrinsic physical working mechanism of non-fullerene OSCs.


identifier: MacLellan, Benjamin  (2021). Inverse design of optical signal processing system.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en sciences de l’énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 124 p.

subject:
conception inverse
traitement des signaux optiques
optique ultra-rapide
modélisation du système optique
différenciation automatique
algorithmes évolutifs
descente gradient
analyse de Hesse
optimisation de la topologie du graphe
inverse design
optical signal processing
ultrafast optics
automatic differentiation
evolutionary algorithms
gradient descent
Hessian analysis
graph topology optimization

abstract:
Les méthodes de conception inverses - techniques algorithmiques pour découvrir de nouveaux systèmes basés sur les caractéristiques fonctionnelles souhaitées - sont des techniques informatiques puissantes utilisées dans un large éventail de disciplines scientifiques et d’ingénierie. En optique, la conception inverse a accéléré le développement de nouveaux systèmes de lentilles optiques hautes performances, de composants nanophotoniques et de configurations expérimentales d’optique quantique, entre autres. Ce travail développe de nouvelles techniques de conception inverses pour concevoir automatiquement de nouveaux systèmes optiques, en particulier pour des configurations de traitement optique ultra-rapides. Dans cette approche, les systèmes optiques sont représentés sous la forme d’un graphe de calcul, composé de composants optiques paramétrés. La différenciation automatique fournit une méthode efficace et flexible pour optimiser les paramètres du système et analyser leurs sensibilités aux perturbations. De nouveaux systèmes optiques, qui n’ont pas été explicitement programmés, sont automatiquement produits en changeant itérativement les topologies de graphe via un algorithme évolutif. Les outils algorithmiques ciblent la conception de systèmes de traitement optique ultrarapides et il est montré qu’ils redécouvrent une variété de techniques optiques connues et non triviales avec une application dans un grand nombre de technologies.

 Inverse design methods – algorithmic techniques for discovering new systems based on desired functional characteristics – are powerful computational techniques utilized in a wide array of scientific and engineering disciplines. In optics, inverse design has accelerated the development of new, high performing optical lens systems, nanophotonic components, and quantum optics experimental setups, among others. This work develops novel, inverse design techniques for automatically designing new optical systems, specifically towards optical signal processing setups. In this approach, optical systems are represented as a computational graph, comprised of parameterized conventional optical components. Automatic differentiation provides an efficient and flexible method to optimize system parameters and analyze their sensitivities to perturbations. New optical systems, which have not been explicitly programmed, are automatically produced by iteratively changing the graph topologies via an evolutionary algorithm. The highly general and flexible methodology developed in this work is demonstrated to re-discover a variety of known optical systems, proving its effectiveness and highlighting its potential to expedite the discovery and design of entirely new photonic systems for a broad range of applications.


identifier: Oudad, Mohammed Amine  (2021). Récupération de l’azote à partir des déchets agro-industriels par la méthode de stripage.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 76 p.

subject:
décaptage
absorption
lixiviat de compost
biovalorisation de déchets
production de fertilisant
stripping
absorption
compost leachate
waste biovalorization
fertilizer production

abstract:
Les déchets agro-industriels, tels que les lixiviats de compost, sont riches en azote et leur rejet dans l'environnement peut potentiellement avoir des effets néfastes. Cette étude s'est concentrée sur le développement d'un procédé de récupération de l'azote présent dans un lixiviat de compost par utilisation du principe de stripping de l’ammoniac. Plusieurs expériences ont été menées pour identifier les conditions optimales de température, de débit d'air et de pH permettant une récupération efficace de l'azote dans le lixiviat. Les essais ont été réalisés avec des volumes de 500 mL de lixiviat ayant une concentration initiale de NH₄⁺ de 600 mg/L. Une efficacité de stripping d'environ 94% a été observée lors de l'utilisation d'un débit d'air de 30 volumes d’air par volume de réacteur par minute (VVM), une température de 40°C et un pH ajusté à 12 par addition de NaOH. L’ammoniac volatilisé a ensuite été récupéré par barbotage dans une solution d’acide sulfurique (2%, v/v) pour former du sulfate d’ammonium. Une quantité de 214 mg NH₄⁺ a été recueillie dans 150 mL de solution d'acide sulfurique (2% v/v), ce qui donne une récupération totale de 71% de la quantité initiale d'ion ammonium. Après un séchage à 60°C, 1,5 g de sulfate d'ammonium a été obtenu à partir du lixiviat utilisé dans l'étude. Les résultats ont également montré qu’il n’y a pas de différence significative (p-valeur = 0,38) du rendement d’extraction de l’ammonium entre l’utilisation du KOH et du NaOH afin d’augmenter le pH du lixiviat. L’effet du pH est toutefois très important dans le processus d’extraction. En ce qui concerne l’effet de la température, il y a une différence importante des résultats obtenus avec une température de 24°C et de 40°C (entre 60 et 45% de différence), ce qui montre que le stripping à haute température demande moins de temps que sur une température ambiante. Cette approche de valorisation des déchets agro-industriels est utile puisqu’elle permet de réduire les teneurs en azote dans ces déchets tout en produisant un engrais azoté utilisable pour la fertilisation des terres agricoles.

Agro-industrial waste, such as compost leachate, are rich in nitrogen and the release of this to the environment can potentially lead to detrimental effects. This study focused on the development of a stripping process for recovering nitrogen from compost leachate. Several experiments were carried out to identify the optimum conditions of temperature, airflow rate and pH that provides effective recovery of nitrogen from the leachate. A stripping efficiency of about 94% was observed upon on the use of an air flowrate of 2 VVM and a 71% recovery in sulfuric acid, to produce ammonium sulfate, was obtained. The experiment was performed using a leachate volume of 500 mL, with an NH₄⁺ concentration of 600 mg/L, and during the absorption, we were able to recover 214 mg / 150 mL of sulfuric acid solution (2% v/v), which makes a total recovery of 71% of initial ammonium concentration. After drying, 1.5 g of ammonium sulphate was obtained from the leachate used in the study. According to the results obtained, there is no significant difference with KOH and NaOH (p-value = 0.38), this may be due to a low temperature used during the optimal experiment. The effect of pH remains very important in the extraction process, comparing the results, a pH of 9, its removal efficiency of ammonium ions remains constant at a rate of 54% for KOH and 76% for NaOH after 12 hours of experiments. However, by keeping the temperature and flow rate the same (24 ° C / 45 VVM) and increasing the pH to 12, the efficiency of the experiment remains below 25% in 12 hours but allowing the experiment to last 24 hours. the removal rate is up to 80% for KOH and NaOH as base. Therefore, it should be noted with a pH of 9 the depletion of OH ions occurs more quickly with a pH greater than 12. NaOH as a base remains more efficient during pickling than KOH according to the study. Regarding the temperature effect, there is a big difference between the results obtained with a temperature of 24 ° C and 40 ° C (between 60 and 45% difference). This bio-recovery of agro-industrial waste is of immense use because not only can the rate of waste be reduced, it can be reused as a fertilizer product, which will contribute to a good yield of agricultural land.


identifier: Wang, Miao  (2021). Lanthanide doped nanoparticles engineered for cancer theranostics.  Thèse.  Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 227 p.

subject:
théronostic
nanocapsules
nanoparticules dopées aux lanthanides
thermolyse
proche infrarouge
upcoversion
nanothermométrie
thérapie photodynamique
thérapie photothermique
theronostic
nanocapsules
lanthanide-doped nanoparticles
thermolysis
near-infrared
upcoversion
nanothermometry
photodynamic therapy
photothermal therap

abstract:
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Les nanodispositifs théranostiques jouent un rôle essentiel dans le traitement du cancer de par leur capacité à permettre le suivi temps réel de l’évolution de la maladie lors de traitements par thérapie photodynamique (PDT) et thérapie photothermique (PTT). Les nanoparticules dopées aux lanthanides (LnNPs) sont des matériaux émergents prometteurs pour des applications nanothéranostiques grâce à leur remarquable propriété de photoluminescence par conversion ascendante (UC, pour upconversion) ou descendante (DS, pour downshifting). En dépit des progrès récents, la transposition de ces nanoparticules théranostiques, du laboratoire au chevet des patients, est toujours entravée par des obstacles majeurs. Dans cette thèse, nous traitons du développement de nanocapsules théranostiques (optimisation de la synthèse, modification de la surface des LnPs) dédiées à l’application en PDT et PTT assistées par imagerie et opérées par proche infrarouge (NIR, pour near infrared). Dans la Partie I, nous proposons une stratégie de thermolyse en une étape pour la synthèse de nanoparticules de β-NaGdF4 dopées à Er3+ et Yb3+, à propriété de conversion ascendante (UCNPs), de morphologie et dispersité contrôlées. Nous avons établi que le choix de la température, lors de l’étape d’injection à chaud, était crucial pour le contrôle de la forme et de la taille des nanocristaux de β-NaGdF4 en formation. Grâce à cette subtilité, nous avons rapporté pour la toute première fois la synthèse directe de nanobâtonnets de β-NaGdF4. L’étude poussée des mécanismes mis en jeu révèle que des températures distinctes s’accompagnent de concentrations différentes en condition sursaturée. Ceci influence sensiblement les processus de germination et de croissance de la phase α, ainsi que le mûrissement d’Ostwald ayant lieu lors de la transition de phase α → β. Le contrôle de la morphologie s’avère important pour la maîtrise de l’UC et du contraste négatif en imagerie par résonance magnétique (IRM). Nous avons établi d’une part que l’intensité d’UC sous excitation à 980 nm diminuait avec l’augmentation du rapport aire-volume des UCNPs, et d’autre part qu’un rapport de forme proche de 1 maximisait le rapport des intensités verte-rouge émises. L’amélioration du contraste négatif en IRM pondéré en T2 s’accroît avec la taille des LnNPs, à l’exception des nanobâtonnets qui démontrent les meilleurs performances malgré leur taille inférieure à celle des nanoplaques. Dans la Partie II, nous co-encapsulons des nanoparticules de β-NaGdF4 avec de la phtalocyanine de zinc (ZnPc, une molécule utilisée en PDT), au sein d’un même nanodispositif théranostique pouvant servir à la fois en IRM et en PDT opérée par NIR. La modification de la surface est une étape nécessaire pour rendre les UCNPs et agents thérapeutiques dispersables dans l’eau et donc adaptés aux applications in vivo. Nous avons développé une stratégie inédite d’encapsulation « tout-en-un », en milieu aqueux quasi neutre. Les UCNPs et la ZnPc sont initialement confinées au sein de micelles de poly(éthylène glycol)- b-poly(propylène glycol)-b-poly(éthylène glycol), un copolymère triblocs de formule PEG106- PPG70-PEG106. Le scellage en lui-même est réalisé par formation d’une coquille de silice à l’interface décrite par les blocs de PPG et de PEG. Les nanocapsules de silice structurées par micelles polymériques (NCs) dispose d’un rayon hydrodynamique de 85 nm, d’un indice de polydispersité de 0.1 et d’une excellente stabilité colloïdale. De plus, la faible distance entre les charges co-encapsulées favorise les transferts d’énergie. Lorsqu’utilisées in vitro, les NCs font preuve d’une biocompatibilité adéquate, d’un contraste T2 amélioré, et d’une efficacité exemplaire dans l’éradication des cellules cancéreuses BT474 sous irradiation NIR. Dans la Section 2, nous appliquons une stratégie similaire pour l’encapsulation de la doxorubicine (DOX, une molécule chimiothérapeutique), mais en en fonctionnalisant cette fois la surface des NCs avec un agent de pénétration de l’enveloppe nucléaire (le peptide TAT) permettant l’administration active de principe actif dans des cellules cancéreuses. L’agrégation de la DOX au sein des NCs est évitée grâce à l’incorporation de triméthoxy(2-phényléthyl)silane (TMPES). Par cette stratégie, la DOX est administrée plus efficacement, car accumulée dans les noyaux cellulaires, comme démontré par imagerie de fluorescence et l’inhibition accrue de cellules cancéreuses habituellement résistantes à la DOX. Enfin dans la Partie III, nous étendons l’usage des NCs théranostiques à la PTT opérée par NIR. Nous co-encapsulons à cet effet des nanoparticules de LiLuF4 :Nd3+@LiLuF4 à propriété de conversion descendante (DSNPs) et un « radiateur optique », le diimide N,N’- dicyclohexylaminopérylène-3,4,9,10-tétracarboxylique (sPDI). Les DSNPs, synthétisés par deux couches successives par thermolyse, jouent le rôle de nanothermomètres ratiométriques pour la mesure non-invasive de la température locale. Le dégagement de chaleur causé par sPDI peut ainsi être quantifié en temps réel et contrôlé pendant la thérapie. Les deux charges peuvent être excitées à 793 nm, dans la première fenêtre biologique, tandis que le nanothermomètre émet à 1060 nm, dans la seconde fenêtre biologique. De plus, le réseau hôte de LiLuF4 constitue un émetteur efficace utilisé en tomodensitométrie des cellules MCF-7 du cancer du sein. Ces nanocapsules théranostiques sont photothermiquement stables et produisent un effet photothermique intense à l’encontre des cellules cancéreuses.

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Theranostic nanoplatforms play an essential role in cancer treatment as it is able to report on the status of the disease in real-time during treatments such as photodynamic therapy (PDT) and photothermal therapy (PTT). Lanthanide doped nanoparticles (LnNPs) have emerged as a promising material for use in nanotheranostics due to their remarkable upconversion (UC) or downshifting (DS) photo luminescence (PL) capabilities. Despite the recent advances, many obstacles still need to be overcome in order to translate these nanotheranostic NPs from “bench” to “bedside”. In this thesis, we mainly focus on the development of theranostic nanocapsules through optimizing the synthesis and surface modification strategies of LnNPs for use in image-guided NIR-regulated PDT and PTT. In Part I, we report a one-step thermolysis approach for the morphology-controlled synthesis of monodispersed, uniform β-NaGdF4 upconversion nanoparticles (UCNPs) doped with Er3+ and Yb3+ ions. We found that the modulation of temperature during the hot-injection step was an effective approach to control the size and shape of β-NaGdF4 nanocrystals formed, and we used it to achieve the direct synthesis of β-NaGdF4 nanorods, which has not been previously reported in literature. Further investigation into the mechanism revealed that different temperatures resulted in different supersaturation concentration, which changes the nucleation and growth of α-phase NPs, subsequently affecting the Ostwald ripening mode during the α→ β phase transition. Careful control of the morphology is important because it affects both UC PL intensity and negative contrast enhancement in magnetic resonance imaging (MRI). We found that the UC PL intensity upon 980 nm NIR irradiation decreases with increasing surface-to-volume ratio of the UCNPs and a higher ratio of green to red emission was observed when the aspect ratio was close to 1. The negative contrast enhancement on T2–weighted MRI increases with increasing size with the exception of nanorods that has the best performance as T2 contrast agents despite being smaller compared to the nanoplates. In Part II, we co-encapsulated the above synthesized β-NaGdF4 UCNPs and a PDT drug, Zinc phthalocyanine (ZnPc), into a single theranostic nanocapsule that carried both MRI and NIR regulated PDT functionalities. Surface modification is a critical step to convert hydrophobic UCNPs and therapeutic agents into a water dispersible formulation for in vivo applications. We established an original one-pot encapsulation approach, with straightforward steps in near neutral pH aqueous environment. Both UCNPs and ZnPc are first co-encapsulated in triblock copolymer (Ethylene oxide)106(Propylene oxide)70(Ethylene oxide)106 (PEO-PPO-PEO) micelles. Thereafter, a silica shell is grown between the PPO and PEO interface to increase its chemical and mechanical stability. The resultant polymeric micelle/silica nanocapsules (NCs) have an average hydrodynamic size of 85 nm, low polydispersity index of 0.1 and excellent colloidal stability. In addition, the close distance between the two co-encapsulated payloads allows for efficient energy transfer. In vitro, it demonstrates good biocompatibility, T2 contrast enhancement and eradication of BT474 breast cancer cells following NIR irradiation. In Section 2 of the same part, we employed the same strategy to encapsulate chemotherapy drug doxorubicin (DOX), and conjugated nuclear targeted agents (TAT peptides) onto the NCs surface for active drug delivery into cancer cells. In addition, we prevented the aggregation of DOX molecules inside NCs with the addition of trimethoxy (2-phenylethyl) silane (TMPES). With this delivery system, DOX is more efficiently delivered and accumulated in the nucleus, as demonstrated by enhanced fluorescence imaging and improved DOX resistant cancer cell growth inhibition. Finally in Part III, we extended the one-pot encapsulation strategy to develop a theranostic NC for NIR-regulated PTT. We co-encapsulated LiLuF4:Nd3+ @LiLuF4 downshifting NPs (DSNPs) and an optical heater, dicyclohexylamino substituted perylene diimide (sPDI) into the NCs. The Nd3+ -doped DSNPs, synthesized via a two-step multilayer thermolysis, serves as a ratiometric nanothermometer for contactless detection of temperature, so that the heating caused by sPDI could be monitored in real-time and controlled during therapy. Both materials can be excited at 793 nm, in the first BWs, while the nanothermometer emission (1060 nm) is located within the second BWs. Moreover, the LiLuF4 host matrix functions as an effective probe for computer tomography (CT) imaging as demonstrated by CT imaging of MCF-7 breast cancer cells. This theranostic NCs also demonstrate high photothermal-stability and strong PTT effects against cancer cells.


identifier: Wu, Mingjie  (2021). Development of High-performance Bi-functional Oxygen Electrocatalysts for Rechargeable Zn-air Batteries.  Thèse.  Québec, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 194 p.

subject:
rechargeable zinc-air battery
hybrid zinc batteries
bifunctional electrocatalysts
defects
FeNi alloy/nitrides
heterojunction structure
self-supported
degree of graphitization

abstract:
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 Rechargeable zinc-air batteries (ZABs) are considered one of the most promising candidates as power sources for portable electronic devices, electric vehicles (EVs), and grid storage, due to their high energy density (1218 Wh kg-1 ), environmentally benignity, safe operational characteristics, and low production cost. One of the biggest challenges and the bottleneck in developing high-performance rechargeable ZABs is the design of suitable bifunctional air electrodes, with controlled chemical compositions and well-designed architectures that can efficiently catalyze the key oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). Air electrodes with bifunctional catalytic activity (ORR and OER) are the most significant and complicated part of the rechargeable ZABs that inevitably determine the electrochemical performance and cycling stability. This thesis describes facile synthetic strategies for the fabrication of bifunctional oxygen electrodes for rechargeable ZABs. In the first study, we developed a facile method to fabricate graphitic-shell encapsulated binary FeNi alloy/nitride nanocrystals and biomass-derived N-doped carbon (NC) hybrid (FexNiyN@C/NC) structures. The porous architecture can provide abundant accessible active sites and improved mass transfer. Benefitting from the high graphitization of the carbon layer and strong metal-support interactions between the graphite-coated FexNiyN nanocrystals and the N doped porous carbon, the hybrid material (FexNiyN@C/NC) can take full advantage of the unique structures to promote the electrocatalytic reaction kinetics and stability for both ORR and OER. As expected, the obtained FexNiyN@C/NC catalyst exhibits high bifunctional ORR/OER activity, indicated by the small potential gap (ΔE) of 0.67 V between Ej = 10 (1.54 V) and E1/2 (0.87 V) in 1.0 M KOH. The electrochemical tests and X-ray absorption spectroscopy (XAS) analyses revealed that there is almost no change in the bulk structure of the FexNiyN nanocrystals after suffering the harsh OER electrochemical corrosion process. When integrated into an air electrode for the rechargeable ZAB, the hybrid catalyst demonstrated high stability over 400 hours at 5.0 mA cm-2 . To further improve the graphitization extents of carbon and reduce the part of the amorphous carbon, a facile two-step strategy has been developed to synthesize diphasic metal/metal phosphide nanoparticles encapsulated in the bamboo-shape N-doped CNTs (M/M2P@NCNTs). Among them, the unique heterojunction structure of the Co/Co2P greatly induces the construction of highly ordered NCNTs with rich pyridinic-N and graphitic-N active sites. This straightforward strategy is a valid measure to avoid the destruction of ORR active sites due to the high potential oxidation conditions. Typically, the Co/Co2P@NCNTs (E1/2=0.90 V) has exhibited outstanding ORR performance with an E1/2 of 0.87 V versus RHE after suffering high potential oxidation condition, which to the best of our knowledge, is record-level among previously reported ORR catalysts. Meanwhile, deep self-reconstruction of heterojunction Co/Co2P confined in NCNTs shows increasing OER performance owing to the dynamic active state generation of plentiful CoOx(OH)y active species. This is different from the previously reported structural transformation that occurred only in the near-surface region of cobalt oxides. Benefiting from the high oxidation potentials resistance of the NCNT and the transformation from the heterojunction Co/Co2P into Co3+ containing CoOx(OH)y active species, the Co/Co2P@NCNTs can be used as an efficient bifunctional precatalyst for rechargeable zinc-air flow batteries. The assembled zinc-air flow battery with the developed catalyst displays high cell efficiency with an unprecedented cycle life of 1000 h in an ambient environment, indicating the promising application of these catalysts in metal-air batteries. Further, a facile bimetal coupling approach was used to synthesize Fe/Co double hydroxide/oxide nano-sheets cladding layer on N-doped multiwall carbon nanotubes (FeCo- DHO/NCNTs). Through the direct nucleation, growth, and anchoring, the Fe/Co double hydroxide/oxide nano-sheets (FeCo-DHO) with crystalline and amorphous phases are uniformly inlaid on the surface of NCNTs, which provide high electrical contact area and strong adhesion on the conductive carbon support. The strong interactions of the FeCo-DHO nano-sheets with NCNTs (possibly due to the formation of M-O-C (M = Co, Fe) chemical bonding) not only greatly facilitate the charge transfer and mass transport but also lead to high chemical stability to resist the corrosion during charge and discharge operation. Consequently, the as-synthesized FeCo-DHO/NCNTs exhibits high bifunctional ORR/OER activity and stability, with a potential gap of 0.7 V between Ej=10 (OER, potential at 10.0 mA cm-2 ) and E1/2 (ORR, half-wave potential). In addition, outstanding charging-discharging performance and long cycling lifetime were achieved in liquid and quasi-solid-state ZABs. The high electrochemical performance of such catalysts thereby makes it very promising to replace the noble-metal catalysts (Pt group metals for ORR and Ir/Ru group metals for OER) in metal-air batteries. Finally, a self-supported electrode as a high-performance binder- and carbon-free cathode for rechargeable hybrid zinc batteries are explored. In this work, The Ni foam (NF) in this work not only acts as a substrate but also serves as a nickel precursor for the formation of the Co3-xNixO4 catalyst. Meanwhile, combining the 3D porous structure of NF and intrinsic high OER activity of the stainless steel (SS), the assembled porous air electrode can take full advantage of the sandwich structure to promote the electrocatalytic reaction kinetics. This novel nanostructure demonstrates a very high reversible Faradaic redox reaction of CoNi-O ↔ CoNi-O-OH and high bifunctional activity toward both ORR and OER. Moreover, the air cathode, prepared by pressing the stainless steel SS@Co3O4 sandwiched between two NF@Co3-xNixO4, possesses a dense and interconnected structure with a high loading of active catalyst. The rechargeable hybrid battery system, assembled from this NS@Co3-xNixO4/Co3O4 electrode based on both Zn-Co3-xNixO4 and Zn-air electrochemical reactions, exhibits much higher energy efficiency and durability than those of commercial Pt/C and RuO2 electrocatalysts. This protocol opens a new avenue for the rational design of highly efficient and stable self-supported air electrodes for metal-air batteries.


identifier: Henao Florez, Carlos Andres  (2021). Dépassements dangereux des cyclistes à Montréal : Analyse des facteurs influençant leur sécurité  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 144 p.

subject:
Vélo
sécurité des cyclistes
vélos instrumentés
distance latérale de dépassement
manoeuvre de dépassement
capteur
modèles généralisés additifs
Montréal
Bicycle
Cyclist safety
Instrumented bikes
Lateral passing distance
Overtaking distance
Overtaking manoeuvre
Sensors
Generalized Additive Model (GAM).

abstract:
Ce mémoire s’intéresse à la distance latérale de dépassement (DLD) des cyclistes par des véhicules motorisés en milieu urbain. Il s’organise autour de deux articles scientifiques.
Dans le premier article, l’objectif est d’identifier les facteurs de l'environnement urbain, du trafic et des cyclistes qui influencent la DLD et la durée de dépassement à Montréal. Pour ce faire, nous utilisons les données d’une collecte extensive réalisée à vélo et couvrant 1689 km à travers l’île de Montréal. Au total, 3 591 dépassements ont été enregistrés avec une distance moyenne de 176 cm ; 111 dépassements se sont produits à des distances inférieures à un mètre, soit un évènement dangereux tous les 32 dépassements. Un modèle généralisé additif logistique a été construit pour analyser la probabilité qu’un·e cycliste subisse un dépassement dangereux (inférieur à 1 mètre). Cette probabilité augmente s’il ou elle circule sur un axe majeur, sur un axe avec la présence de véhicules stationnés et plus la durée de dépassement est longue. Toutefois, les participant·e·s, le type de véhicule ou la présence d'une piste cyclable n'ont pas d'effet significatif. Ces résultats confirment l'importance de séparer les cyclistes du trafic routier.
L’objectif du second article est de décrire un capteur open source à faible coût appelé one metre plus (1m+) capable de mesurer la DLD, d'enregistrer la position géographique et une vidéo du trajet. Les plans, les codes et la conception schématique sont ouverts et donc facilement accessibles à la communauté scientifique. Dans cet article, nous décrivons en détail le processus de conceptualisation, les composants et les caractéristiques de l'appareil. Aussi, nous réalisons une évaluation du produit et une description des fonctionnalités de l’appareil et de son domaine d'application. Ce projet vise à démocratiser la recherche sur la DLD et à développer une plateforme/projet participatif qui offre des outils aux chercheur·se·s du monde entier, afin de standardiser le partage des connaissances et de faciliter la comparabilité des résultats dans divers contextes.

This study explores the lateral passing distance (LPD) of cyclists by vehicles in urban areas. It is organized around two articles.
The first article aims to identify the characteristics of the road network and traffic influencing the LPD and duration of overtaking. Using bicycles equipped with distance sensors, GPS, and cameras, four cyclists covered 1,689 km in Montréal. Hence, 3,591 overtakings were identified with an average distance of 176 cm ; 111 overtaking manoeuvres took place at distances less than 1 m, resulting in an unsafe event for every 32 overtakings. A generalized additive logit model (GAM) is built to predict the likelihood of a dangerous lateral passing (less than 1 m). The results show that taking a major road, the presence of parked vehicles and the time required for overtaking significantly increase the probability of experiencing a dangerous overtaking. However, the participant, type of vehicle, or presence of a bike lane have no significant effect. Therefore, the results demonstrate the importance of keeping cyclists isolated from traffic.
The objective of the second article is to describe a low-cost open source sensor called ‘one metre plus (1m+)’ capable of measuring lateral passing distance, registering the geographical position of the cyclist, and video-recording the trip. The plans, codes, and schematic design are open and therefore easily accessible for the scientific community. This study describes in detail the conceptualization process, the characteristics of the device, and the materials from which they are made. The study also provides an evaluation of the product and describes the sensor’s functionalities and its field of application. The objective of this project is to democratize research and develop a platform/participative project that offers tools to researchers worldwide, in order to standardize knowledge sharing and facilitate the comparability of results in various contexts.

Esta tesis se centra en la distancia lateral de adelantamiento (DLA) de vehículos motorizados a los ciclistas en un ambiente urbano. Se organiza en torno a dos artículos científicos.
En el primer artículo, los objetivos son identificar los factores del entorno urbano, del tráfico y de los ciclistas que influyen en la DLA y analizar la duración de los adelantamientos en Montreal. Para ello, utilizamos los datos de una amplia colecta móvil con bicicletas equipadas que abarca 1689 km en toda la isla de Montreal. En total, se registraron 3 591 adelantamientos con una distancia media de 176 cm; 111 adelantamientos se produjeron a distancias inferiores a un metro, es decir, un evento peligroso cada 32 adelantamientos. Se construyó un modelo logístico aditivo generalizado para analizar la probabilidad de que un ciclista sufra un adelantamiento peligroso (a menos de 1 metro). Esta probabilidad aumenta si se circula por una carretera principal, por una vía con vehículos estacionados y cuanto más larga sea la duración del adelantamiento. Sin embargo, los participantes, el tipo de vehículo o la presencia de una ciclorruta no tuvieron un efecto significativo. Estos resultados confirman la importancia de separar a los ciclistas del tráfico vehicular.
El objetivo del segundo artículo es describir un dispositivo de código abierto de bajo costo denominado one metre plus (1m+) capaz de medir la DLA, registrar la posición geográfica y el vídeo del trayecto del ciclista. Los planos, los códigos y el diseño esquemático son abiertos, por lo cual son fácilmente accesibles para la comunidad científica. En este artículo describimos en detalle el proceso de conceptualización, los componentes y las características del aparato. Además, realizamos una evaluación del producto y una descripción de las funcionalidades del dispositivo, incluyendo el campo de aplicación. Este proyecto pretende democratizar la investigación sobre la DLA y desarrollar una plataforma/producto participativ·a·o que ofrezca herramientas a los investigadores del mundo, con el fin de estandarizar el intercambio de conocimiento y facilitar la comparabilidad de los resultados entre los diversos contextos.


identifier: Goudet, Anna  (2021). Les dynamiques conjugales dans l’immigration : Une lecture par le prisme du genre, de la gestion de l’argent et des arbitrages résidentiels entre conjoints  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en études urbaines, 327 p.

subject:
relations conjugales
immigration
couples immigrants
gestion de l’argent
choix résidentiels
rapports de genre
marital relations
immigration
immigrant couples
money management
residential choices
gender relations

abstract:
Contexte de la recherche : Au Québec, une famille sur cinq est immigrante ; ce taux monte à une famille sur deux à Montréal (MFA 2020). Les défis que ces familles rencontrent pendant leur processus d’établissement sont bien documentés, mais nous en savons peu sur leurs effets au sein des couples, notamment ceux qui se maintiennent. La littérature internationale sur le sujet se consacre souvent à l’étude du potentiel émancipateur de la migration pour les femmes au sein de leur couple, ce qui pose d’emblée une lecture limitative et orientée du phénomène. Un pan de cette littérature révèle aussi comment la famille devient un refuge face aux inégalités structurelles vécues en migration, ce qui ne se produit pas sans asymétries entre conjoints. Objectif : Dans cette recherche, nous proposons une nouvelle lecture des dynamiques de couples et de genre dans l’immigration. En nous concentrant, d’une part, sur un profil particulier de personnes immigrantes, des couples hautement qualifiés et biactifs. D’autre part, nous élaborons et mettons à l’épreuve une démarche d’analyse double composée de l’étude de la gestion de l’argent et des arbitrages résidentiels entre conjoints.
Méthodologie : Le matériau empirique est issu d’entretiens individuels de type « récits de lieux
de vie » réalisés avec des personnes immigrantes (n=25) en couple hétérosexuel, cohabitant et
parent, installées dans la région de Montréal et sélectionnées dans la catégorie des
« travailleurs qualifiés » par le Québec.
Résultats : L’apport de cette thèse repose principalement sur trois contributions. 1/L’identification
d’un ensemble de facteurs qui influencent la transformation de l’organisation financière des
couples, ou, au contraire, participent de son maintien, au cours de l’expérience migratoire. Il s’agit
du mode de gestion prémigratoire, des codes de la sémantique amoureuse, des contraintes
migratoires et du ressenti subjectif des attentes sociales d’« intégration ». Les couples ne sont
pas égaux devant ces facteurs, en fonction des caractéristiques sociales des conjoint·e·s et de
leurs ressources, en interaction avec l’environnement structurel de la société d’établissement.
2/L’éclairage du rôle des arbitrages résidentiels dans la construction conjugale. La reconstruction
d’un chez-soi revêt un sens particulier dans l’immigration, et n’est pas neutre au sein des couples.
Elle agit comme objet dans la balance des échanges conjugaux, et peut par là accentuer les rôles
de genre au sein du couple ou participer d’une définition commune du « projet conjugal ». La
trajectoire résidentielle peut aussi avoir des effets sur la gestion de l’argent des couples. 3/ Le
cadre conceptuel permet de distinguer trois manières de « faire couple » dans l’immigration :
iv
le projet conjugal, la complémentarité conjugale et la mutualité conjugale. Ces trajectoires sont
fonction de la conception prémigratoire des relations conjugales, de l’expérience de la carrière
migratoire et de sa signification pour les conjoint·e·s. Un mouvement commun de priorisation
accrue de la famille sous-tend ces configurations et dépasse les différences ethnoculturelles de
notre échantillon, mais tend à précariser la position des conjointes, en renforçant leur
responsabilité cumulée du travail d’installation/professionnel/émotionnel/domestique et/ou en
produisant une perte d’autonomie (financière notamment).
Contribution : Ces résultats montrent la pertinence du cadre conceptuel qui combine l’approche
par la gestion de l’argent et celle de l’étude des arbitrages résidentiels pour saisir les différentes
configurations conjugales. Ce cadre pourrait être appliqué pour saisir de nouvelles compréhensions des dynamiques familiales dans d’autres contextes. Cela ne doit pas minimiser l’expérience migratoire comme moment charnière des trajectoires de couple ; il révèle de façon saillante les conceptions du couple, et peut les transformer.

Research Context: In Quebec, one in five families is immigrant; this rate rises to one in two
families in Montreal (MFA 2020). The challenges that these families face during their settlement
process are well documented, but little is known about their effects on couples, especially those
who stay together. The international literature on the subject often focuses on the emancipatory
potential of migration for women within their couples, which poses a restricted and biased reading
of the phenomenon from the start. Some of this literature also reveals how family becomes a
refuge in the face of structural inequalities experienced in migration, which does not occur without
asymmetries between spouses.
Objective: In this research, we propose a new reading of couples’ and gender dynamics in
immigration. On the one hand, we focus on one particular profile of immigrants, highly qualified
and dual-career couples. On the other hand, we develop and test a double analytical approach
composed of the study of money management and residential arbitrations between partners.
Methodology: The empirical material is based on individual interviews using “place-based
narratives” conducted with immigrants (n=25) in heterosexual cohabiting, parent couples, settled
in the Montreal area and selected in the category of “skilled workers” by Quebec.
Results: The contribution of this thesis can be divided into three major categories. 1/ The
identification of a set of factors that influence the transformation of the couples’ financial
organization, or, on the contrary, participate in its perpetuation, during the migratory experience.
These factors are the pre-migratory management method, love semantics codes, the migratory
constraints and the subjective perception of social expectations of “integration”. Couples are not
equal regarding these factors, depending on the social characteristics of the partners and their
resources, in interaction with the structural environment of the settlement society. 2/ Highlighting
the role of residential arbitration in marital construction. The reconstruction of a sense of home
has a particular meaning in immigration, and is not neutral within couples. It acts as an object in
the balance of conjugal exchanges, and thus it can accentuate gender roles within couples or
participate in a shared definition of the “conjugal project”. The residential trajectory can also have
effects on the couples’ money management. 3/ The conceptual framework allows us to distinguish
three ways of “doing couple” in immigration: the conjugal project, conjugal complementarity and
conjugal mutuality. These trajectories are a reflection of the pre-migratory conception of conjugal
relationships, the experience of the migratory career and its meaning for the partners. A similar
vi
movement of increased prioritization of the family underlies these configurations and goes beyond
the ethnocultural differences of our sample, but it tends to make the position of female partners
more precarious, by reinforcing their cumulative responsibility for the
installation/professional/emotional/domestic work and/or by producing a loss of autonomy
(particularly financial).
Contribution: These results show the relevance of the conceptual framework combining the
money management approach and the study of residential arbitrations to capture the various
conjugal configurations. This framework could be applied to capture new understandings of family
dynamics in other contexts. This should not minimize the migration experience as a key moment
in couple trajectories; it saliently reveals conceptions of the couple, and can transform them.


identifier: Gelb, Jérémy ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7114-2714 <https://orcid.org/0000-0002-7114-2714>  (2022). L’exposition des cyclistes aux pollutions atmosphérique et sonore en milieu urbain : Comparaison empirique de plusieurs villes à travers le monde  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en études urbaines, 252 p.

subject:
vélo
pollution
exposition
bruit environnemental
dioxyde d’azote
transport
planification
bicycle
pollution
exposure
environnemental noise
nitrogen dioxide
transport
planning

abstract:
Le vélo est un mode de transport durable qui connaît actuellement une renaissance dans de nombreuses villes à travers le monde. Les bénéfices individuels et collectifs de la pratique du vélo sont multiples : augmentation du niveau d’activité physique, amélioration de la santé physique et mentale, faible coût, aucune émission de pollution atmosphérique et sonore à l’utilisation, réduction de la congestion, réduction des coûts de santé, etc. Il n’est donc pas surprenant que les planificateur.rice.s et aménageur.e.s s’y intéressent et cherchent à favoriser son utilisation en ville. Cependant, les cyclistes constituent une population particulièrement vulnérable aux pollutions atmosphérique et sonore. En effet, l’absence de carlingue pour les protéger, la proximité avec le trafic routier et leurs plus hauts niveaux de ventilation les placent dans une situation de surexposition à des pollutions qu’ils contribuent pourtant à réduire. Il convient alors de se pencher sur cette problématique, car elle constitue un cas flagrant d’injustice en transport, mais également un frein potentiel à l’adoption du vélo par de nouveaux usager.ère.s. Dans de nombreuses villes des Suds, cette situation est d’autant plus problématique que les niveaux de pollutions atmosphérique et sonore sont bien plus élevés et qu’une part importante des cyclistes sont pauvres et captifs de ce mode de transport.
La thèse de doctorat comprend quatre articles. Le premier est une revue systématique de la littérature sur l’exposition des cyclistes aux pollutions atmosphérique et sonore. Elle identifie les principaux courants propres à cette littérature, leurs limites et propose une discussion transversale de leurs conclusions. Il en ressort notamment que l’exposition à ces pollutions dans les villes des Suds est largement sous-étudiée. À cela, s’ajoute le faible nombre d’études répliquant leurs résultats sur plusieurs terrains et une très forte disparité méthodologique des études tentant de modéliser l’exposition des cyclistes. Les trois autres articles visent à dépasser ces limites en analysant simultanément l’exposition des cyclistes au dioxyde d’azote (NO2) et au bruit environnemental et en adoptant une approche comparative basée sur des données primaires collectées dans cinq villes du Nord – Copenhague, (Danemark), Paris et Lyon (France), Montréal et Toronto (Canada) — et trois villes des Suds (Hô Chi Minh Ville, Vietnam; Delhi et Mumbai en Inde). Dans chacune de ces villes, plus de 1000 km de réseau routier et cyclable ont été échantillonnés selon une méthode de collecte extensive. Une méthodologie de modélisation bayésienne spatio-temporelle est employée pour déterminer dans quelle mesure les facteurs de l’environnement urbain micro-échelle influencent les niveaux d’exposition des cyclistes. Les résultats indiquent notamment que l’exposition au bruit environnemental des cyclistes dépend davantage de l’environnement micro-échelle que leur exposition au NO2. Les facteurs contribuant à réduire ces niveaux d’exposition sont partagés par l’ensemble des villes étudiées et ont des impacts relatifs comparables d’une ville à l’autre. Une planification adéquate du réseau cyclable permettrait de réduire significativement les niveaux d’exposition au bruit des cyclistes et dans une moindre mesure au NO2.
Le dernier chapitre croise les résultats des quatre articles et offre des perspectives de recherche futures considérant les résultats et les limites de la thèse.

The bicycle is a sustainable transport mode experiencing currently a rebirth in cities. The benefits of bicycling at the individual and collective levels are numerous: increase in physical activity levels, improvement of physical and mental health, low use and purchasing cost, no emission of noise or air pollution during use, reduction in congestion and health costs, etc. Thus, it is not surprising that planners try to favour its use in cities. However, cyclists are a vulnerable population to air and noise pollution. Indeed, because of the lack of a cabin to protect them, the closeness to road traffic and their higher ventilation rates, they are over-exposed to pollution they contribute to reduce. It is necessary to consider this issue because it is a flagrant case of transport injustice and also a potential barrier for new bicycle users. In many cities in the Global South, this situation is even more problematic because the levels of air and noise pollution are very high and an important part of cyclists are poor and captive of their transport mode.
This doctoral thesis includes four articles. The first one is a systematic literature review of cyclists’ exposure to air and noise pollution. It identifies the main study trends, their limits and proposes a transversal discussion of their findings. The main shared limits are the lack of consideration for noise exposure and cities of the Global South, and the low number of studies replicating their results in several study fields paired with the high methodological discrepancy in the studies modelling cyclists’ exposures. The three other articles fit in these gaps and analyze noise and nitrogen dioxide (NO2) exposure simultaneously by adopting a comparative approach based on primary data collection in five Northern cities: Copenhagen (Denmark), Paris, Lyon (France), Montreal and Toronto (Canada), and three cities of the Global South, Delhi, Mumbai (India) and Ho Chi Minh City (Vietnam). In each city, more than 1000 km of bicycle and road segments were sampled following an extensive data collection strategy. Bayesian spatio-temporal modelling methods are used to determine how the micro-scale environments’ characteristic influence the cyclists’ exposure to environmental noise and NO2. The results show that cyclists’ exposure to environmental noise is more driven by the characteristics of the micro-scale environments, while NO2 exposure is more dependent on background pollution. The factors reducing these exposures are shared by all the studied cities and their relative impacts are similar. An adequate planning of the bicycle network could reduce significantly cyclists’ exposure to noise, and in a lower extent to NO2.
The last chapter summarizes build on the results of the four articles to offer perspectives on future research considering the limits of this work.


identifier: Espinosa Pérez Negrón, Liliana  (2021). Internet haute vitesse et développement économique territorial : Estimation des effets du déploiement des technologies à large bande sur la création et les fermetures locales d’entreprises au Québec, 2005-2019  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 99 p.

subject:
Internet
développement économique
création d’établissements
fermeture d’établissements
évaluation d'impact
appariement par score de propension
doubles différences

abstract:
Le déploiement d’Internet a des effets importants sur le développent économiquement des territoires, en influençant principalement des facteurs tels que la création d’emplois, la productivité des entreprises, l’innovation et la création d’établissements d’entreprises. À l’aube d’un élargissement des politiques de connectivité, issue du besoin croissant d'accès et pour combler la fracture numérique encore évidente, quels impacts la mise en place de l’Internet haute vitesse dans les territoires du Québec a-t-elle eu sur la création et la fermeture d’établissements dans divers secteurs économiques entre 2005 et 2019 ? En estimant un modèle de doubles différences avec appariement par score de propension, nous isolons l’effet de l’implantation de l’Internet haute vitesse (Câble/DSL et Fibre) sur la création et la fermeture d’établissements, de façon générale tous secteurs industriels confondus, ainsi que pour sept secteurs séparément. Les résultats montrent que, pour l’ensemble des industries, l’accès aux technologies haut débit Câble et DSL a favorisé significativement la création d’établissements et a réduit le nombre de fermetures. L’accès à la Fibre, en revanche, a réduit la création d’établissements et a augmenté les fermetures significativement, pour l’ensemble des industries. Les effets sont hétérogènes entre les secteurs, augmentant la création dans certains d'entre eux, et réduisant les fermetures dans d’autres secteurs spécifiques, selon la technologie déployée.

The deployment of Internet has important effects on the economic development of territories,
influencing factors such as job creation, business productivity, innovation and the creation of
business and firm establishments. At the dawn of an expansion of connectivity policies, resulting
from the growing need for access and to bridge the still obvious digital divide, what are the impacts
of the implementation of high-speed Internet in the territories of Quebec on the creation and closure
of establishments in various economic sectors between 2005 and 2019? By estimating a model of
differences in differences with propensity score matching, we isolate the effect of high-speed
Internet implementation (Cable/DSL and Fiber) on the creation/closure of establishments, in
general for all industrial sectors combined, as well as for seven sectors separately. The results show
that, for all industries as a whole, access to broadband technologies such as Cable and DSL
significantly increased the creation of establishments and reduced the number of establishment
closings. Access to Fiber, on the other hand, reduced the creation of establishments and increased
closures significantly, globally for all industries. The effects are heterogeneous between sectors,
increasing creation in some of them, and reducing closures in other specific sectors, depending on
the technology deployed.


identifier: Beye, Oumou Khairy Cathy  (2021). L’insertion économique et sociale des femmes immigrantes originaires d’Afrique occidentale et francophones à Montréal : Une approche par les réseaux  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en études urbaines, 212 p.

subject:
immigrantes
immigration ouest-africaine
réseaux de relations
capital social
insertion
mobiliser
liens forts
liens faibles
enclavement relationnel
stabilité
précarité
Montréal
immigrant women
west-african immigration
network
social capital
integration
mobilize
strong ties
weak ties
relational isolation
stability
job insecurity

abstract:
Si l’immigration ouest-africaine est relativement récente au Québec, comparativement à l’immigration européenne, elle grandit toutefois en importance. L’écart de revenu entre les non immigrants et ces nouveaux visages de l’immigration a également cru. Les femmes d'origine africaine font partie des groupes particulièrement touchés par les difficultés d'insertion. C’est pour cela que nous avons choisi dans cette recherche de nous intéresser à la compréhension de leurs difficultés d’insertion. Nous avons donc proposé une étude de cas, ciblant les immigrantes d’origine ouest-africaines et francophones à Montréal. L’objectif est de fournir une compréhension de la manière dont leur capital social, et plus précisément leurs réseaux de relations, intervient dans leur insertion économique et sociale. Une approche par les réseaux de relations qui a motivé une stratégie de recherche mixte, même si le qualitatif, par le biais des entretiens semi-dirigés, y prend plus de place. En effet, pour les besoins de la description des réseaux, l’usage du questionnaire a été nécessaire pour exécuter la méthode du générateur de position. Nous avons de plus construit un modèle d’analyse de l’insertion par les réseaux, qui nous a permis la présentation suivante des résultats. Les lieux de traduction sont là où se développent principalement les réseaux de relations de nos participantes, ce qui fait que la majorité d’entre elles ont des réseaux denses ramifiants, composés de liens faibles endogènes/intra-communautaires. Toutefois, si ces types de réseaux sont potentiellement vecteurs d’insertion, encore faut-il les mobiliser. C’est là la limite des vertus associées au capital social, en effet la grande majorité de nos participantes ont un réseau dense ramifiant et pourtant la plupart est en situation de précarité d’emploi. Les entraves à la mobilisation des réseaux qui sont ressorties des discours sont principalement la méfiance, mêlée à de la pudeur quand elle est dirigée vers la communauté ethnique.

If West African immigration is relatively recent in Quebec, compared to European immigration, it is growing in importance, however. The income gap between non-immigrants and these new faces of immigration has also grown. Women of African origin are particularly affected by integration difficulties. This is why we have chosen in this research to focus on understanding their integration difficulties. We therefore proposed a case study, targeting West African and Francophone immigrants in Montreal. The objective is to provide an understanding of how their social capital, and more precisely their networks of relationships, intervenes in their economic and social integration. An approach through networks of relationships which has motivated a mixed research strategy, even if the qualitative, through semi-structured interviews, takes up more space. Indeed, for the purposes of the description of the networks, the use of the questionnaire was necessary to execute the position generator method. We also built a network integration analysis model, which allowed us to present the results below. The places of translation are where the networks of relationships of our participants mainly develop, which means that the majority of them have dense branching networks, composed of weak endogenous / intra-community links. However, if these types of networks are potentially vectors of integration, it is still necessary to mobilize them. This is the limit of the virtues associated with social capital; indeed, the vast majority of our participants have a dense branching network and yet most are in a precarious employment situation. The obstacles to the mobilization of networks that emerged from the speeches are mainly distrust, mixed with embarrassment when it is directed towards the ethnic community.


identifier: Poulin, Étienne  (2021). « C’est quasiment de la politique! » : Trajectoires d’engagement et motivations à la pratique d’agriculture urbaine collective à Montréal  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 139 p.

subject: sociologie urbaine

subject: nouvelles formes d’engagement politique

subject: engagement politique

subject: participation politique

subject: agriculture urbaine

subject: jardins collectifs

subject: trajectoires d’engagement

subject: lifestyle politics

subject: urban sociology

subject: expanding forms of political engagement

subject: political engagement

subject: political participation

subject: urban agriculture

subject: collective gardens

subject: political engagement trajectories

abstract:
L’agriculture urbaine fait l’objet d’un intérêt grandissant dans les dernières années, notamment sous ses formes collectives. La littérature rapporte que les jardins collectifs peuvent être des espaces où convergent des personnes impliquées socialement et désireuses d’adresser des enjeux collectifs, et donc où l’acte de jardiner peut prendre d’autres significations que se divertir ou produire des aliments. S’appuyant sur la littérature en sociologie et en science politique qui décrit la multiplication des formes d’engagement et de participation politique, ce mémoire s’intéresse aux motivations qui amènent à s’impliquer dans un jardin collectif pour agir sur des enjeux ou des causes collectives. Pour ce faire, des chargées de projets et des personnes bénévoles impliquées dans des jardins collectifs montréalais de cinq arrondissements ont été rencontrées dans le cadre d’entretiens semi-dirigés. En mettant notamment l’accent sur les récits de vie et les motivations à s’impliquer, ce mémoire présente comment cette implication s’inscrit dans un ensemble de pratiques politisées par les participant.e.s et qui s’articule avec des actions, ou des non-actions, dans la politique contestataire, la politique formelle et les styles de vie. Cette recherche illustre ainsi la multiplication des formes de participation ou d’engagement politique identifiée par la littérature en observant l’implication dans des jardins collectifs. Cela est fait principalement en explorant comment elle adresse des enjeux collectifs et comment elle s’imbrique avec de l’engagement envers des enjeux sociaux et environnementaux plus larges. Elle contribue également aux recherches sur l’agriculture urbaine en venant préciser les dimensions proprement sociale et politique de l’implication dans des jardins collectifs en milieu communautaire.

Urban agriculture has been the subject of growing interest in recent years, especially in its collective forms. Literature shows that collective gardens can be spaces where socially involved people converge to address collective issues, and therefore where the act of gardening can take on other meanings than leisure or food production. Based on literature in sociology and political science that has taken interest in new or expanding forms of political engagement and participation, this master’s thesis is interested in the motivations that lead to getting involved in a collective garden to act on different issues or collective causes. Semi-structured interviews were conducted with project managers and volunteers involved in collective gardens in five Montreal boroughs. By focusing on life histories and motivations for getting involved, this research shows how this involvement takes part in a set of practices that are politicized by the participants and that are articulated with actions, or non-actions, in contentious politics, formal politics and lifestyle politics. This research thus illustrates the expanding forms of political engagement or participation identified by past scholars by focusing on involvement in collective gardens, particularly by exploring how it addresses collective issues and how it intertwines with engagement on wider social and environmental causes. It also contributes to research on urban agriculture by shedding light on specific social and political dimensions of collective gardens in community settings.


identifier: Pitre, Marie-Christine  (2021). La participation des enfants dans les villes d’ici et d’ailleurs : Recension des initiatives inclusives pour soutenir les politiques de la Ville de Montréal  Essai.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en mobilisation et transfert des connaissances, 73 p.

subject:
agent d’interface
co-construction
enfant
famille
inclusion
mobilisation
Montréal
partenariat
transfert des connaissances
ville
co-construction
children
city
family
inclusion
interface agent
knowledge transfer
mobilization
partnership

abstract:
Cet essai met en lumière les réflexions critiques qui émergent du stage de la maîtrise en
Mobilisation et transfert des connaissances. Il s’agissait d’un partenariat avec la Division des
relations interculturelles et luttes aux discriminations (DRILD) du Service de la diversité et de
l’inclusion sociale (SDIS) de la Ville de Montréal, réalisé pendant la pandémie de Covid-19 à
l’automne 2020. Cet essai réflexif documente l’expérience au niveau méthodologique, théorique,
expérientiel et professionnel.
Le stage avait comme objectif de produire une recension des écrits présentée sous forme de fiches
synthèses à partir de quatre thématiques inclusives élaborées en collaboration avec le partenaire.
Ce projet en mobilisation des connaissances a été développé en cohérence avec le Plan d’action
solidarité, équité et inclusion 2021-2025, afin de soutenir les politiques municipales en lien avec
les enfants et les familles.
Ces fiches synthèses de transfert de connaissances portaient plus spécifiquement sur l’inclusion et
la participation des enfants dans les villes d’ici et d’ailleurs, notamment dans le contexte de la
pandémie de coronavirus :
Fiche 1 – La contribution des enfants à la prise de décision sur les politiques publiques – Pourquoi
et comment? Repenser les villes en contexte de crise
Fiche 2 – Cocréer la ville inclusive avec les enfants : initiatives locales et internationales – De Vald’Or
à Auckland en Nouvelle-Zélande en passant par Copenhague au Danemark
Fiche 3 – Révéler les solidarités intergénérationnelles et faciliter l’accessibilité dans les villes : la
collaboration au bénéfice de tous
Fiche 4 – Répertoire des recherches québécoises et pistes internationales – Les enfants et les
familles au sein des municipalités
La posture féministe d’agente d’interface a permis d’arrimer la théorie et la pratique dans le cadre
du stage. Cette approche a montré les avantages et les défis de ce processus dynamique.

This essay highlights the critical thoughts that come from an internship experience for the master’s
program of Mobilization and knowledge transfer (Mobilisation et transfert des connaissances). A
partnership with the Division des relations interculturelles et luttes aux discriminations (DRILD)
of the Service de la diversité et de l’inclusion sociale (SDIS) in Montreal took place during the
Covid-19 pandemic in Fall 2020. This reflexive essay explains the experience at a methodological,
theoretical, experiential, and professional level.
The objective of the internship was to produce a literature review in the form of summary sheets
touching four themes of inclusion in collaboration with the partner. This project of mobilization
was developed coherently with the Solidarité, équité et inclusion Plan, in order to support municipal
policies for children and families.
Those summary sheets of knowledge transfer were produced on the theme of inclusion and
participation of children from here and elsewhere in the world in the context of coronavirus
pandemic.
Sheet 1 – The contribution of children to decision-making on public policies – Why and How?
Rethinking cities in crisis context
Sheet 2 – Co-creating and inclusive city with children: local and international initiatives – From
Val-d’Or to Auckland in New Zealand and Copenhagen in Denmark
Sheet 3 – Revealing international solidarities and facilitating accessibility in cities: Collaboration
for benefit of all
Sheet 4 – Repertory of Quebec research groups and international perspective – Children and
families in cities
A feminist posture of interface agent allowed to link theory and practice during the internship. This
approach has shown the advantages and challenges of this dynamic process.