Pour évaluer l'impact environnemental de rejets industriels, des bio-indicateurs sont fréquemment utilisés. Dans le cas des rejets radioactifs aqueux d'une centrale nucléaire, les moules pourraient être de bons bio-indicateurs en raison des grands volumes d'eau qu'elles filtrent. Dans le cadre de ce projet, l'espèce de moules Elliptio complanata a été choisie pour étudier les rejets radioactifs aqueux de la centrale nucléaire Gentilly-2. Puisque cette centrale est de type CANDU et qu'elle rejette principalement du tritium et du carbone-14 dans l'environnement, ce sont ces deux radionucléides qui ont fait l'objet du suivi dans les moules. Pour cette étude, des centaines de moules ont été placées dans le panache des rejets aqueux de la centrale. Deux systèmes ont été utilisés : des cages positionnées à faibles distances de la source du rejet et un aquarium installé au début du rejet. Les concentrations de tritium et de carbone-14 ont été mesurées dans les moules après leur exposition, grâce à différents traitements physiques et chimiques préalables aux dosages. Les résultats des analyses montrent que les moules ayant séjourné dans les eaux de rejet de la centrale sont peu affectées par le tritium et par le carbone-14.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Titre de l'écran-titre (visionné le 9 juillet 2020) / Documents en annexe en format Excel : Supp08_Pairwise_comparison_taxa_Greenhouse.xlsx; Supp03_Correlation_chimie_vs_taxa_Field.xlsx; Supp10_Correlation_taxa_vs_growth_Greenhouse.xlsx; Supp07_Pairwise_comparison_functions_Greenhouse.xlsx; Supp11_Pairwise_comparison_origin_Greenhouse.xlsx; Supp02_Pairwise_comparison_taxa_functions_Field.xlsx; Supp09_Correlation_chimie_vs_taxa_Greenhouse.xlsx / L’industrie minière au Canada contribue significativement à la prospérité et à la qualité de vie du pays. Toutefois, la législation d’autrefois n’étant pas suffisamment sévère, le Canada s’est retrouvé avec des centaines de sites miniers orphelins non restaurés. Ces sites miniers abandonnés représentent un risque environnemental majeur à cause des grandes quantités de déchets miniers exposés pouvant contaminer l’environnement par la lixiviation et l’érosion éolienne et hydrique. Plusieurs facteurs limitent la revégétalisation naturelle de ces sites, notamment des conditions abiotiques extrêmes, une faible disponibilité en éléments nutritifs et les activités anthropiques. Cette étude visait, dans un premier temps, à déterminer l’impact de la présence de peupliers baumiers sur les déchets miniers de deux sites miniers contrastés de la région de l’Abitibi-Témiscamingue. La végétation a amélioré les propriétés physicochimiques des déchets miniers et provoqué un changement important dans la composition des communautés bactériennes et fongiques, passant des communautés lithotrophes dominantes dans les environnements de déchets miniers sans végétation à des communautés hétérotrophes impliquées dans le cycle des éléments nutritifs avec végétation. Dans un deuxième temps, lors d’une expérience en serre, dix génotypes de Populus balsamiferarécoltés sur ces sites miniers et en périphérie ont été cultivés dans ces déchets miniers pendant deux saisons de croissance. Le but de cette seconde étude était de déterminer l’effet des interactions génotype-par-environnement sur les propriétés physicochimiques des substrats et des communautés microbiennes à l’aide dumétabarcodage. Bien que le type de substrat ait été identifié comme le facteur principal de la diversité et de la structure du microbiome de la rhizosphère, un effet significatif du génotype de l’arbre a également été détecté. Nos résultats mettent en évidence l’influence du génotype du peuplier baumier sur son environnement et l’importance potentielle de la sélection du génotype des arbres dans le contexte de la restauration de sites miniers

Cette thèse de doctorat vise à améliorer notre compréhension de la récupération des nutriments à partir de l'urine séparée à la source, y compris l'azote, le phosphore et le potassium. L'objectif général est de parvenir à une récupération concomitante de ces trois macronutriments. Plus précisément, il s'agit d'intégrer techniquement l'extraction de l'ammoniac, l'adsorption de Na-chabazite et de biochar, et la précipitation de struvite, dans le but d'améliorer l'efficacité de la récupération et la faisabilité économique. La principale nouveauté réside dans l'intégration technique, avec un accent particulier sur la récupération du potassium. Ainsi, la présente étude doctorale commence par une revue complète de la littérature (chapitre I), suivie de deux parties de recherche scientifique axées sur le travail expérimental avec de l'urine hydrolysée et de l'urine fraîche (chapitres II et III), respectivement, et se termine par une évaluation technico-économique dans le chapitre IV. Le chapitre I a fourni un examen critique de l'intégration des trois technologies physicochimiques clés de récupération des nutriments mentionnées ci-dessus du point de vue de la description technique du processus, de l'échelle actuelle d'application et des défis potentiels et perspectives à venir. En se concentrant principalement sur la récupération du K, le chapitre II a identifié la Na-chabazite comme un adsorbant de K approprié en raison de son efficacité de récupération du K de 91,2 % dans une solution de KCl et de sa capacité supplémentaire de récupération du P. Il a également mis en évidence la molarité élevée du Na-chabazite dans une solution de KCl. L'étude a également mis en évidence la forte molarité du NH₄⁺-N comme principal obstacle à la récupération concomitante des nutriments à partir de l'urine hydrolysée. Pour faire face à cette concurrence, l'étude menée dans le chapitre II a suivi une voie technique conventionnelle et a proposé une stratégie d'intégration technique, atteignant une efficacité de récupération de 98% pour NH₄⁺-N, 97% pour PO₄³⁻-P, et 78% pour K⁺ dans l'urine hydrolysée. Dans le chapitre III, une nouvelle approche a été introduite pour récupérer K⁺ et N sous forme d'urée à partir d'urine fraîche, empêchant ainsi la compétition entre K⁺ et NH₄⁺. Cette intégration technique innovante a permis d'atteindre une efficacité de récupération de 93% pour l'azote, 98% pour le phosphore et 81% pour le potassium dans l'urine fraîche. L'évaluation technico-économique du chapitre IV a révélé que le processus innovant nécessite environ 650 000 CAD de moins en dépenses d'investissement et devrait atteindre son seuil de rentabilité dès la 21ème année. Parallèlement, elle a également permis de comprendre les scénarios optimaux de mise en œuvre des deux procédés de récupération des nutriments, facilitant ainsi leur application potentielle à l'échelle pilote ou à grande échelle. En abordant l'effet compétitif du NH₄⁺ sur la récupération du K⁺, cette recherche contribue à la récupération efficace et concomitante des macronutriments à partir de l'urine hydrolysée et de l'urine fraîche. Elle donne accès à des connaissances de pointe sur la récupération des nutriments à partir des eaux usées et inspire des recherches futures pour de nouvelles avancées dans ce domaine. / This PhD thesis aims to enhance our comprehension of nutrient recovery from source-separated urine, including nitrogen, phosphorus, and potassium. The general objective is to achieve concomitant recovery of these three macronutrients. Specifically, it involves technical integration of ammonia stripping, Na-chabazite and biochar adsorption, and struvite precipitation, with the goal of advancing the recovery efficiency and economic feasibility. The primary novelty lies in the technical integration with a specific focus on potassium recovery. Thus, the present PhD study begins with a comprehensive literature review (Chapter I), followed by two sections of scientific research focusing on experimental work with hydrolyzed urine and fresh urine (Chapters II and III, respectively), and concludes with a techno-economic assessment in Chapter IV. Chapter I provided a critical review on the integration of the abovementioned three technologies from the perspective of process technical description, the current scale of application and potential challenges and perspectives ahead. With a primary focus on K recovery, Chapter II identified Na-chabazite as a suitable K adsorbent due to its K recovery efficiency of 91.2% in KCl solution and additional P recovery capacity. It also highlighted the high molarity of NH₄⁺-N as the main obstacle for concomitant nutrient recovery from hydrolyzed urine. To address this competition, the study conducted in Chapter II followed a conventional technical pathway and proposed a technical integration strategy, achieving a recovery efficiency of 98% for NH₄⁺-N, 97% for PO₄³⁻-P, and 78% for K⁺ in hydrolyzed urine. In Chapter III, a novel approach was introduced to recover K⁺ and N as urea from fresh urine, thereby preventing the competition between K⁺ and NH₄⁺. This innovative technical integration achieved a recovery efficiency of 93% for N, 98% for P, and 81% for K in fresh urine. The techno-economic assessment in Chapter IV revealed that the innovative process requires approximately 650,000 CAD less in capital expenditure and is expected to reach its break-even point as early as the 21st year. Meanwhile, it offered insights into the optimal scenarios for implementing both nutrient recovery processes, facilitating their potential pilot or full-scale application. By addressing the competitive effect of NH₄⁺ on K+ recovery, this research contributes to the efficient and concomitant recovery of macronutrients from both hydrolyzed and fresh urine. It provides access to state-of-the-art knowledge regarding nutrient recovery from wastewater and inspire future research for further advancements in this field.

Des analyses archéobotaniques et archéoentomologiques ont été réalisées sur des sédiments provenant d’une structure datée du tournant du XIXe siècle, retrouvée au site de l’îlot des Palais (CeEt-30), à Québec. Les macrorestes végétaux et les restes entomologiques retrouvés nous permettent d’en apprendre davantage sur les habitudes alimentaires et la vie quotidienne des habitants de Québec durant une période d’importants changements politiques, économiques et sociaux. En effet, le début du XIXe siècle est marqué par une augmentation de la population de la ville, l’arrivée d’un grand nombre d’immigrants anglophones et le développement accéléré de l’industrie navale. Nous soutenons la thèse voulant que, malgré la mise en place de nouveaux réseaux d’échanges et de nouvelles traditions culinaires, une partie des pratiques alimentaires des Canadiens français de la Basse-Ville de Québec soient restées relativement inchangées. Grâce à cette recherche, nous sommes en mesure de mieux comprendre l’influence des premières décennies du Régime britannique sur l’ancienne capitale de la Nouvelle-France ainsi que sur la vie quotidienne de ses habitants. / Archaeobotanical and archaeoentomological analyses were conducted on soil samples taken from an early 19th century privy found at the îlot des Palaissite (CeEt-30) in Quebec City. The insect and seed remains identified inform us about the consumption habits and the daily lives of the city’s inhabitants, during a period of great political, economic and social changes. In fact, the early 1800’s were marked by a population increase, the arrival of a large number of Anglophone immigrants and an accelerated development of the shipbuilding industry. We argue that despite the implementation of new trade networks and culinary traditions, a part of the French Canadian foodways remained relatively unchanged. Thanks to this research, we now have a better understanding of the impact the first decades of the British rule have had over New France’s old capital and the daily lives of its inhabitants.

En raison de la complexité des phénomènes se produisant dans chaque sous-système des systèmes d'assainissement urbains--tels que le ruissellement, le transport, le stockage, le traitement et le milieu récepteur--une approche holistique utilisant un modèle mécaniste unique et interconnecté est nécessaire pour décrire adéquatement ces phénomènes. Ces modèles reproduisent les phénomènes observés pour générer des connaissances sur les mécanismes régissant le comportement variable et servent d'outils de prévision. Des progrès significatifs ont été réalisés dans la modélisation des processus au sein des Stations de Récupération des Ressources en Eau (StaRRE) pour décrire la qualité des effluents, mais la modélisation des dynamiques des polluants particulaires dans les réseaux d'égouts reste un défi. Cela est principalement dû à des données de terrain limitées, des problèmes d'échantillonnage complexes et un accès difficile. Les théories du transport des particules s'inspirent généralement de l'hydraulique fluviale, en distinguant les particules lourdes au fond des particules en suspension, avec une interaction des particules souvent corrélée au débit. Les phénomènes clés affectant les particules dans les réseaux d'égouts incluent la vitesse d'écoulement, les contraintes de cisaillement, la sédimentation et la remise en suspension. La distribution des vitesses de chute des particules (DVCP) est un facteur crucial mais sous-étudié. Cette thèse se concentre sur la caractérisation du comportement des polluants dans les réseaux d'égouts, avec pour objectif de combler les lacunes en matière de données, en particulier en ce qui concerne la DVCP. Une étude menée dans le réseau d'égouts de la ville de Québec sur plusieurs années, dans diverses conditions météorologiques, a analysé les flux de polluants particulaires pendant les périodes sèches et humides. Les résultats ont permis d'améliorer la compréhension du comportement des particules et ont conduit à des mises à jour du modèle de qualité de l'eau du réseau d'égout unitaire. Il a été constaté que les particules avec des vitesses de chute plus élevées sont remises en suspension lors des augmentations de débit. Les pics de concentration observés sont causés par cette remise en suspension des particules, et non par le ruissellement urbain ou le lavage des routes. L'émergence de la crise sanitaire liée à la COVID-19 a ouvert de nouvelles perspectives d'application de la caractérisation du signal viral dans les réseaux unitaires, et a dû s'appuyer sur la DVCP étant donné que le signal viral est surtout présent sur les particules. Les tests d'élutriation appliqués sur des échantillons d'eaux usées et de boues primaires ont montré que le signal viral est présent dans chacune des différentes classes de particules, ce qui soutient l'hypothèse d'une distribution homogène des particules virales dans les différentes classes, une distribution qui a pu être décrite et modélisée à l'aide de modèles basés sur la DVCP. En conclusion, cette étude a permis de démontrer l'utilité des modèles DVCP dans la caractérisation et la modélisation des signaux viraux, mettant en évidence l'adaptabilité de ces modèles à divers contextes de gestion des eaux usées. / Due to the complexity of the phenomena occurring in each subsystem of urban wastewater systems--such as runoff, transport, storage, treatment, and the receiving environment--a holistic approach using a single interconnected mechanistic model is necessary to adequately describe these phenomena. These models replicate observed physical phenomena to generate knowledge about the mechanisms governing variable behaviour and serve as forecasting tools. Significant progress has been made in modelling processes within Water Resource Recovery Facilities (WRRFs) to describe effluent quality, but modelling particulate pollutant dynamics in sewer networks remains challenging. This is primarily due to limited field data, sampling issues, and difficult access. Particle transport theories generally draw from fluvial hydraulics, distinguishing between heavy particles at the bottom and suspended ones, with particle interaction often correlated with flowrate. Key phenomena affecting particles in sewer networks include flow velocity, shear stress, settling, and resuspension. The distribution of particle settling velocities (PSVD) is a crucial but under-researched topic. This thesis focuses on characterizing the behaviour of pollutants in sewer networks, aiming to address gaps in data, particularly regarding the PSVD. A study conducted in Quebec City's sewer network over several years, under various weather conditions, analyzed particulate pollutant fluxes during dry and wet periods. The results enhanced understanding of particle behaviour and led to updates in the combined sewer network model. It was found that particles with higher settling velocities are resuspended during flow increases. This resuspension of particles causes these concentration spikes, not the urban runoff or road wash-off. The COVID-19 pandemic has opened new applications for viral signal characterization in sewer systems, using PSVD. Elutriation tests showed that viral signals are present across different particle classes, supporting the idea of a homogeneous distribution of viral particles that can be modelled with PSVD-based models. In conclusion, this study has demonstrated the utility of PSVD models in characterizing and modelling viral signals, highlighting the adaptability of such models to various wastewater management contexts.

Les opérations courantes de la centrale nucléaire Gentilly-2 nécessitent l'utilisation d'une grande quantité d'eau pour le refroidissement. En effet, les activités de la centrale nucléaire utilisent environ trente mètres cubes d'eau brute du fleuve par seconde. De plus, il faut considérer le caloporteur et le modérateur. Ces deux systèmes utilisent de l'eau lourde (D₂O). La conception de ces systèmes prévoit des systèmes de récupération en cas de fuites qui peuvent provenir par exemple des garnitures des pompes. Les deux systèmes ont aussi des systèmes de purification pour maintenir le caloporteur et le modérateur à des niveaux très bas d'impuretés et limiter ainsi la formation de produits d'activation. Ces systèmes de purification ont des filtres pour les particules solides et des résines cationiques et anioniques pour éliminer les impuretés solubles. Une fois saturées, ces résines sont dédeutérisées et envoyées dans des fosses d'entreposage avec une certaine quantité d'eau légère (pour faciliter la manipulation des résines). Le surplus est envoyé périodiquement dans les réservoirs de rejets radioactifs qui sont vidangés au fleuve et mélangés aux trente mètres cubes d'eau rejetée au canal de rejet de la centrale nucléaire. Cette étude s'intéresse au devenir des contaminants à partir de leurs rejets dans le fleuve Saint-Laurent et plus particulièrement aux trois radionucléides les plus rejetés à l'effluent liquide par la centrale nucléaire Gentilly 2 c'est-à-dire le carbone-14, le tritium et le cobalt-60. Des modèles informatiques ont été choisis pour étudier tout le phénomène de dispersion, de dilution, de sédimentation et de concentration dans les espèces de ces trois principaux contaminants rejetés dans le fleuve Saint-Laurent. Ces modèles permettent de traiter un grand nombre de contaminants différents. De plus, à partir des résultats obtenus, il a été possible de calculer les doses aux organismes qui se situent dans le panache de rejet de la centrale. Ces calculs de doses peuvent êtres ensuite extrapolés pour un grand nombre de rejets différents. En parallèle avec ce projet, plusieurs échantillons ont été recueillis dans la région sur une espèce implantée artificiellement dans la région, l'Eliptio Complanata, pour valider les valeurs obtenues à l'aide des modèles.

Cette thèse est divisée en huit chapitres. Les trois premiers chapitres bibliographiques constituent respectivement un rappel des grands principes de la chimie radicalaire, une présentation des possibilités offertes par la chimie radicalaire des xanthates et une revue des méthodes d'allylation radicalaire, principale thématique de nos travaux. Les trois chapitres suivants sont consacrés à des applications d'une méthode d'allylation radicalaire de simples alcools allyliques, récemment découverte au laboratoire. Ces applications nous ont permis de définir des nouvelles voies de synthèse d'éthers d'énols régio-définis, de cétones et dicétones-1,4, de sulfures vinyliques, et enfin d'oléfines fluorées et trifluorométhylées. Les dicétones-1,4 et les sulfures vinyliques obtenus ont en particulier été mis à profit pour la préparation de carbo- et d'hétérocycles fonctionnalisés. Un effet de polarité remarquable a par la suite été découvert pour le processus de fragmentation radicalaire lors de la synthèse d'alcènes trifluorométhylés. Ce dernier a permis le développement d'une nouvelle méthode de synthèse de cétones et de dicétones-1,5 dans laquelle la nouvelle cétone formée provient de la rupture homolytique inusuelle d'une liaison carbone-carbone. Les résultats obtenus sont présenté dans un septième chapitre. Enfin, une nouvelle voie d'accès au alpha-céto carbinols vinyliques, composés à fort potentiel synthétique, est décrite dans un huitième chapitre. Cette méthode exploite le réarrangement sigmatropique de Mislow-Braverman-Evans de sulfoxydes allyliques. Elle constitue l'approche la plus directe au alpha-céto carbinols vinyliques et présente l'avantage de partir de simples cétones.

L’importance des produits naturels dans le développement de nouveaux médicaments est indéniable. Malheureusement, l’isolation et la purification de ces produits de leurs sources naturelles procure normalement de très faibles quantités de molécules biologiquement actives. Ce problème a grandement limité l’accès à des études biologiques approfondies et/ou à une distribution sur une grande échelle du composé actif. Par exemple, la famille des pipéridines contient plusieurs composés bioactifs isolés de sources naturelles en très faible quantité (de l’ordre du milligramme). Pour pallier à ce problème, nous avons développé trois nouvelles approches synthétiques divergentes vers des pipéridines polysubstituées contenant une séquence d’activation/désaromatisation d’un sel de pyridinium chiral et énantioenrichi. La première approche vise la synthèse de pipéridines 2,5-disubstituées par l’utilisation d’une réaction d’arylation intermoléculaire sur des 1,2,3,4-tétrahydropyridines 2-substituées. Nous avons ensuite développé une méthode de synthèse d’indolizidines et de quinolizidines par l’utilisation d’amides secondaires. Cette deuxième approche permet ainsi la synthèse formelle d’alcaloïdes non-naturels à la suite d’une addition/cyclisation diastéréosélective et régiosélective sur un intermédiaire pyridinium commun. Finalement, nous avons développé une nouvelle approche pour la synthèse de pipéridines 2,6-disubstituées par l’utilisation d’une réaction de lithiation dirigée suivie d’un couplage croisé de Negishi ou d’un parachèvement avec un réactif électrophile. Le développement de transformations chimiosélectives et versatiles est un enjeu crucial et actuel pour les chimistes organiciens. Nous avons émis l’hypothèse qu’il serait possible d’appliquer le concept de chimiosélectivité à la fonctionnalisation d’amides, un des groupements le plus souvent rencontrés dans la structure des molécules naturelles. Dans le cadre précis de cette thèse, des transformations chimiosélectives ont été réalisées sur des amides secondaires fonctionnalisés. La méthode repose sur l’activation de la fonction carbonyle par l’anhydride triflique en présence d’une base faible. Dans un premier temps, l’amide ainsi activé a été réduit sélectivement en fonction imine, aldéhyde ou amine en présence d’hydrures peu nucléophiles. Alternativement, un nucléophile carboné a été employé afin de permettre la synthèse de cétones ou des cétimines. D’autre part, en combinant un amide et un dérivé de pyridine, une réaction de cyclisation/déshydratation permet d’obtenir les d’imidazo[1,5-a]pyridines polysubstituées. De plus, nous avons brièvement appliqué ces conditions d’activation au réarrangement interrompu de type Beckmann sur des cétoximes. Une nouvelle voie synthétique pour la synthèse d’iodures d’alcyne a finalement été développée en utilisant une réaction d’homologation/élimination en un seul pot à partir de bromures benzyliques et allyliques commercialement disponibles. La présente méthode se distincte des autres méthodes disponibles dans la littérature par la simplicité des procédures réactionnelles qui ont été optimisées afin d’être applicable sur grande échelle. / The importance of natural products in the development of new drugs is undeniable. Unfortunately, the isolation and purification of those products from their natural sources provides normally very small amounts of the desired bioactive molecules. Consequently there is largely limited access to in-depth biological studies and/or to the large scale distribution of the bioactive compound. For example, the piperidine family contains a large diversity of bioactive compounds isolated from natural sources in very limited quantities (on the order of milligram scale). To address the issue, we have developed three new divergent synthetic approaches towards polysubstituted piperidines containing an activation/dearomatization sequence from a chiral and enantioenchired pyridinium salt. The first approach aims towards the synthesis of 2,5-disubstituted piperidines by the use of an intermolecular arylation reaction on 2-substituted 1,2,3,4-tetrahydropyridines. Then, we have developed a synthetic method for indolizidines and quinolizidines starting from secondary amides. The second approach leads to the formal synthesis of non-natural alkaloids via a highly diastereoselective and regioselective addition/cyclization from a common pyridinium intermediate. Finally, we have found a new approach for the synthesis of 2,6-disubstituted piperidines by the use of a directed lithiation sequence followed by either a Negishi cross-coupling reaction or a quench with an electrophilic reagent. The development of highly chemoselective and versatile transformations are crucial to organic chemists. We have issued the hypothesis that it could be possible to apply the chemoselectivity concept towards the functionalization of amides, one of the most encountered subunits in the structures of natural products. In the specific context of the thesis, the highly chemoselective transformations are realized on functionalized secondary amides. The method relies on the activation of the carbonyl function of the amide by triflic anhydride in presence of a weak base. Firstly, the activated amide can be selectively reduced to imine, aldehyde, or amine oxidation state in the presence of a poorly nucleophilic hydride source. Alternatively, a carbon nucleophile could also be employed in order to allow the synthesis of ketones or ketimines. By combining an amide with a pyridine derivative a cyclization/dehydration reaction was used for the synthesis of polysubstituted imidazo[1,5-a]pyridines. Moreover, we have briefly applied the activation conditions to the interrupted Beckmann rearrangement of ketoximes. We have finally developed a new synthetic pathway for iodoalkynes by using a one-pot homologation/elimination reaction from commercially available benzylic and allylic bromides. The present method is distinctively different from literature precedents by the simplicity of the reaction procedures and purifications which were optimized in order to be applied to large scale synthesis