La consommation chronique et modérée d'éthanol (CCME) est associée à une réduction de la<br />mortalité cardiaque et à une élévation des acides gras oméga 3 (ω3) dans le sang et les<br />cellules. Les ω3 d'origine alimentaire sont connus pour réduire la mortalité cardiaque chez<br />l'homme, induire une cardioprotection chez l'animal et s'incorporer dans les membranes<br />notamment de la mitochondrie, siège important de la cardioprotection. Comme l'éthanol et les<br />ω3 semblent induire des effets cardioprotecteurs similaires, nous avons déterminé si une<br />CCME pouvait mimer le remodelage lipidique mitochondrial induit par une supplémentation<br />en ω3. Ces modifications structurales pourraient modifier la fonction mitochondriale et<br />expliquer la cardioprotection par l'éthanol. A partir d'un modèle de coeur isolé perfusé de rat,<br />nous avons montré que l'éthanol et les ω3 protègent de manière similaire le myocarde en<br />limitant la taille de l'infarctus après une ischémie/reperfusion. Après avoir vérifié qu'une<br />supplémentation en ω3 induit un enrichissement en ω3 des membranes mitochondriales<br />cardiaques, nous avons démontré qu'une CCME induit une augmention des ω3 dans la<br />cardiolipine et la phosphatidylcholine mitochondriales mais sans conséquence sur la fonction<br />mitochondriale. Dans le plasma et les membranes cellulaires, une CCME augmente les<br />teneurs en ω3 et réduit la concentration en palmitate, un acide gras pro-apoptotique. En<br />conclusion, une CCME protège le myocarde contre la nécrose cellulaire, augmente la teneur<br />en acides gras cardioprotecteurs (ω3) et diminue la concentration en acide gras proapoptotique<br />(palmitate). La cardioprotection induite par une CCME pourrait donc résulter<br />d'une interaction entre l'éthanol, la voie des ω3 et celle de l'apoptose.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Cette thèse porte sur l'étude expérimentale de la cavitation acoustique dans l'eau et quelques autres liquides. Le 1er chapitre est consacré à une présentation des transitions de phase du premier ordre dans le régime métastable. Le 2e chapitre présente la théorie de nucléation classique, ainsi que le théorème de nucléation d'Oxtoby qui nous permet d'évaluer le volume de la bulle critique dans nos expériences. Puis un bilan expérimental de quelques méthodes pour étudier la cavitation est dressé. Nous présentons les singularités de l'eau par rapport aux autres liquides et montrons en quoi une étude de la limite de cavitation permettrait de les comprendre. Dans le 3e, nous présentons notre dispositif acoustique ainsi que la méthode de pression statique qui permet de déterminer la pression de cavitation. Nous présentons en détail l'hydrophone à fibre optique construit pour cette thèse sur le modèle de celui d'Eisenmenger, qui permet de mesurer la densité au seuil de cavitation. Les résultats et leur analyse sont présentés, pour l'eau, dans le 4e, pour le D2O, l'éthanol, l'heptane et le DMSO, dans le 5e chapitre. De l'étude de l'eau, il ressort que l'on est très loin de la théorie, et d'un type d'expérience. En revanche une modification par un facteur constant en température, de la tension de surface de l'eau permet de prédire nos résultats en pression, mais pas les volumes critiques de nucléation. Par ailleurs, l'étude dans les autres liquides montre que nous pouvons, par notre méthode, arriver à des résultats proches de la théorie, d'autant plus que la tension de surface du liquide étudié est faible.

L'intérêt pour les énergies renouvelables et pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre a conduit au développement de l'éthanol comme carburant pour les moteurs à combustion interne. Les moteurs dits Flexfuel, en particulier, peuvent fonctionner avec un mélange quelconque d'essence et d'éthanol. Ces deux carburants ont des propriétés physico-chimiques différentes, qui influent sur le fonctionnement du moteur et, partant, sur son contrôle. Les systèmes de contrôle moteur habituels ne prennent pas en compte ces propriétés variables. Sur un moteur Flexfuel, les réglages doivent être adaptés à chaque carburant, afin de maintenir le niveau des émissions polluantes et l'agrément. Cependant, ces adaptations ne doivent pas se faire au prix d'un accroissement excessif du travail de calibration. Cette thèse traite de ces questions. Les effets des différentes propriétés du carburant sur le moteur et son contrôle sont tout d'abord analysés afin de définir les besoins en termes de contrôle. Un modèle moyen de moteur, adapté aux variations de propriétés du carburant, est alors développé pour reproduire ces effets et permettre l'évaluation de stratégies de contrôle. Dans ce travail, celles-ci incluent une méthode d'estimation de la composition du carburant pendant le fonctionnement du moteur, et son utilisation dans le contrôle de la richesse. / The interest in renewable energies and in the reduction of greenhouse gas emissions has led to the development of ethanol as a fuel for internal combustion engines. In particular, so-called Flexfuel engines can run on any mixture of gasoline and ethanol. These two fuels have different physico-chemical properties. These influence engine operation, and in turn, its control. These variable properties are not taken into account in conventional engine management systems. In a Flexfuel engine, the engine settings must be adapted to each fuel used, in order to maintain the pollutant emissions and the drivability levels, andto take advantage of the performance and efficiency improvements allowed by ethanol. However, these adaptations should not result in a cumbersome increase in the calibration work. This thesis addresses these issues. The effects of the different fuel properties on the engine and its control are first analyzed, for defining the control requirements. A mean-value, fuel-flexible, engine model reproducing these effects is then developed for the evaluation of control strategies. These include in this work a method for estimating the fuel composition during engine operation, and its use in the equivalence ratio control.

L’étude de la réponse membranaire suite au stress éthanolique chez Saccharomyces cerevisiae vise à comprendre les mécanismes impliqués dans la survie des eucaryotes aux concentrations en éthanol élevées. La membrane cellulaire, par sa position entre l’environnement intra et extracellulaire, est la première cible des perturbations éthanoliques. Les expérimentations effectuées dans cette étude visent à caractériser le maintien de l’intégrité fonctionnelle en relation avec la composition en stérols membranaires chez la levure S. cerevisiae soumise à différents types de perturbations éthanoliques (augmentation de la concentrations en éthanol dans le milieu de croissance, chocs éthanoliques d’amplitude croissante et suivi au cours du temps ; choc à 20% pendant 15 minutes puis suivi au cours du temps après retour dans un milieu sans éthanol (« pulse » 20% d’éthanol)). Les résultats obtenus démontrent l’importance de l’ergostérol dans le maintien de l’intégrité membranaire et supportent également l’hypothèse du rôle « vecteur » de l’éthanol vis à vis d’une oxydation, dont l’efficacité serait dépendante de la nature des stérols présents au niveau membranaire. Les premiers résultats analysant la cinétique de transcription de gènes impliqués dans la réponse au stress oxydatif suggèrent une formation plus importante de formes réactives de l’oxygène (ROS), induite par le choc éthanol chez un mutant Δerg6, affecté dans la voie de biosynthèse de l’ergostérol. / The study of membrane response induced by ethanol stress in Saccharomyces cerevisiae aims to understand mechanisms involved in the survival of eukaryotic cells submitted to high ethanol concentrations. The cell membrane by its position between the intra- and extracellular environment is the first target of ethanolic perturbations. Experiments performed in this study aimed to characterize the maintain of the functional integrity of the membrane in relation to the sterol composition in the yeast S. cerevisiae submitted to different types of ethanolic disturbances: increasing concentrations of ethanol in the growth medium; ethanolic shocks of increasing magnitude; shock 20% ethanol for 15 minutes and then return in a medium without ethanol ("pulse" 20% ethanol)). Our results demonstrate the importance of ergosterol in maintaining membrane integrity and also support the hypothesis of the vector role of ethanol in cell oxidation, whose effectiveness is dependent on the nature of sterols at the membrane level. In addition, our results analyzing the kinetics of transcription of genes involved in oxidative stress response suggest an increased formation of reactive oxygen species (ROS) induced by ethanol in the Δerg6 mutant, affected in the biosynthetic pathway of ergosterol.

L'utilisation du pentobarbital de sodium (PB), injecté par voie intrapéritonéale (IP), est décrite comme une technique acceptable par les directives d'euthanasie de l'AVMA et du CCPA pour tuer les rongeurs. Cependant, de plus en plus de preuves contestent l'acceptabilité de l'IP PB. Celle-ci a été décrite comme inconsistante et il existe des données suggérant que cette technique pourrait induire de la douleur et du stress. L'objectif de cette thèse était donc de développer et d'évaluer des méthodes alternatives d'euthanasie. Au cours de l'étude pilote, nous avons développé un protocole d'injection pour les injections intrahépatiques (IH) de PB. Ensuite, nous avons testé cette injection sur des souris et des rats. Comme objectif secondaire, nous avons évalué l'utilisation de l'éthanol (ET) comme alternative au PB pour l’euthanasie des souris. Pour les souris, quatre-vingts souris CD1 adultes (mâles et femelles- 26,8 g [23-34 g], moyenne [intervalle]) ont été assignées au hasard à 6 groupes de traitement et ont été tuées par des injections IH ou des injections IP, en utilisant soit ET ou PB. Le taux de mauvaise injection (mauvais placement du contenu de l'injection) pour les essais IH était de 93% (28/30), y compris 14% intrathoracique (4/28), le reste ayant abouti dans la cavité péritonéale telle une injection IP. Ainsi, seulement 7% (2/30) des injections ont donné lieu à une administration hépatique (selon l’évaluation d'autopsie). Les injections IH ayant abouti dans le foie ont entraîné des décès quasi instantanés. Ces données montrent que les injections IH ne sont pas réalisables chez la souris étant donné la difficulté à frapper le foie et le risque d'injections intrathoraciques. D'autre part, l'IP ET a produit des temps significativement (p = 0.010; Mann-Whitney) plus courts de l'injection à l'arrêt du rythme cardiaque (CHB) (115s [88-185] médian [intervalle]) par rapport à l'IP PB (176s [123-260]), confirmant que l'ET est une alternative viable et potentiellement supérieure à la PB. Pour les rats, 66 injections IH et 14 injections IP ont été tentées sur des rats Sprague-Dawley mâles et femelles adultes (poids médian 371g, plage 170-730g), et ont entraîné un délai significativement plus rapide pour la perte du réflexe de redressement (LORR) (p < 0.0001, 95%CI 68 to 88s, Mann-Whitney) et temps de CHB (p < 0.0001, 95%CI 82 to 234s, Mann-Whitney) par rapport aux injections IP. Le temps médian de LORR et CHB après les injections IH était de 4s [1 to 96] et 142.5s [2 to 330] respectivement; alors que le temps médian de LORR et CHB après les injections IP était de 89.5s [73 to 110] et 275s [237 to 423], respectivement. Le taux de mauvaise injection, basé sur les évaluations d’autopsie, était plus élevé avec les injections IH qu'avec les injections IP (IH: 59%, IP: 29%); cependant, 97% des mauvaises injections IH ont tout de même produit une euthanasie réussie et rapide (LORR: 29s [1 to 96], CHB: 216s [12 to 330]. Les injections IH sont donc une alternative efficace aux injections IP pour l'euthanasie chez le rat, et présentent moins de risques d'échec des tentatives d'euthanasie. / The use of sodium pentobarbital (PB), injected intraperitoneally (IP), for killing rodents is described as an acceptable technique by the American Veterinary Medical Association (AVMA) and Canadian Council on Animal Care (CCAC) euthanasia guidelines. However, there is a growing body of evidence challenging the acceptability of IP PB. It has been described as inconsistent and there is evidence that it may induce pain and stress. The objective of this thesis was to develop and evaluate alternative methods of euthanasia. During the pilot study, an injection protocol for intrahepatic (IH) injections of PB was developed and then tested on both mice and rats. As a secondary objective, the use of ethanol (ET) was evaluated as an alternative to PB for mice. For mice, eighty adult (male and female) CD1 mice (26.8g [23-34g], mean [range]) were randomly assigned to 6 treatment groups and were killed by IH injections or IP injections, using either ET or PB. the misinjection rate (misplacement of injectate) for IH injections was 93% (28/30), including 14% intrathoracic (4/28), and the remainder were IP delivery. Only 7% (2/30) of IH attempts resulted in successful IH delivery, per necropsy evaluation. These yielded quasi-instantaneous deaths. These data show that IH injections are not feasible in mice given the difficulty in hitting the liver and the risk of intrathoracic injections. On the other hand, IP ET produced significantly (p = 0.010; Mann-Whitney) shorter time from injection to cessation of heartbeat (CHB) (115s [88-185] median [range]) compared with IP PB (176s [123-260]), confirming that ET is a viable and potentially superior alternative to PB. For rats, 66 IH injections and 14 IP injections were attempted on adult male and female Sprague-Dawley rats (median weight 371g, range 170-730g), and resulted in significantly faster time to loss of righting reflex (LORR) (p < 0.0001, 95%CI 68 to 88s, Mann-Whitney) and time to CHB (p < 0.0001, 95%CI 82 to 234s, Mann-Whitney) compared with IP injections. Time to LORR and CHB following IH injections were: LORR of 4s [1 to 96], CHB of 142.5s [2 to 330]; compared with IP injections: LORR of 89.5s [73 to 110], CHB of 275s [237 to 423). The misinjection rate was higher with IH injections than with IP injections (IH: 59%, IP: 29%); however, 97 % of IH misinjections resulted in fast and successful euthanasia (LORR: 29s [1 to 96], CHB: 216s [12 to 330]. IH injections are thus an efficacious alternative to IP injections for rat euthanasia and pose less risk of failed euthanasia attempts.

Le millet perlé sucré [Pennisetum glaucum (L.) R.BR.] et le sorgho sucré [Sorghum bicolor (L.) Moench] sont des cultures annuelles dont la sève sucrée peut être transformée en éthanol. Ces cultures semblent avoir des besoins limités en azote, mais leur efficacité d’utilisation de l’azote n’a pas été démontrée dans les conditions de l’est du Canada. De plus, la morphologie des systèmes racinaires de ces espèces a peu été étudiée, alors qu’elle pourrait fournir des explications concernant l’efficacité d’utilisation de l’azote. Les objectifs de cette étude étaient de (i) comparer le millet perlé sucré et le sorgho sucré quant à leur rendement et leur utilisation de l’azote (N), (ii) déterminer la réponse des deux espèces à des doses croissantes d’azote minéral, (iii) comparer leur réponse à l’azote minéral et l’azote de source organique (lisiers de porc et de bovin), (iv) comparer leurs traits racinaires et ceux du maïs-grain (Zea Mays L.), l’espèce actuellement utilisée pour produire de l’éthanol dans l’est du Canada, et (v) comparer l’apport en carbone au sol de ces trois espèces. Les espèces ont été cultivées à deux sites expérimentaux situés au Québec. Les doses d’azote favorisant les plus hauts rendements en sucres chez le millet et le sorgho ont été de 86 et 91 kg N ha-1, selon le site. La fertilisation minérale a généré des rendements plus élevés que l’utilisation de lisiers, lesquels ont montré une efficacité fertilisante variant de 15 à 52 % de celle de l’engrais minéral. Le sorgho a donné des rendements en sucres 68 % plus élevés que ceux du millet. Le millet et le sorgho ont récupéré dans leurs parties aériennes 54 à 82 % de l’azote minéral appliqué. Alors que la biomasse racinaire et l’apport annuel en carbone ont été supérieurs pour le maïs, la longueur des racines et la proportion de racines très fines étaient plus élevées pour le millet perlé sucré et le sorgho sucré. Les résultats démontrent la haute efficacité avec laquelle le millet et le sorgho utilisent l’azote ainsi que les faibles risques environnementaux associés, et suggèrent que la morphologie racinaire contribue à cette efficacité. / Sweet pearl millet [Pennisetum glaucum (L.) R.BR.] and sweet sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] are annual crops from which the sweet sap can be fermented to ethanol. They appear to have a high nitrogen (N) use efficiency, but this remains to be demonstrated in eastern Canada. Studying the morphological traits of their rooting system could help understanding their N use efficiency. The main objectives of this study were to (i) compare both species for yield and N use efficiency, (ii) determine their response to increasing mineral N rate, (iii) compare their response to mineral vs. organic N sources (liquid swine and liquid dairy manures), (iv) compare their root morphological traits with those of grain corn (Zea Mays L.), the sole feedstock used for ethanol production in eastern Canada, and (v) compare annual carbon input to soil from these three species. Species were grown at two experimental sites in Quebec. The N rates that led to maximum sugar yield for sweet pearl millet and sweet sorghum were 86 and 91 kg N ha-1, depending on site. Mineral N fertilization resulted in greater yields than the liquid manures, which showed fertilizer N equivalences varying from 15 to 52%. Fifty-four to 82% of applied mineral N fertilizer was recovered in the aboveground biomass of sweet pearl millet and sweet sorghum. While root biomass and annual carbon input were greater with corn, the length of the rooting system and the proportion of very fine roots were greater with sweet pearl millet and sweet sorghum. Our results show a high N use efficiency of sweet pearl millet and sweet sorghum, and therefore indicate low environmental risk associated with their fertilization. Moreover, our results suggest that the peculiar root morphology of these crops contribute to their high N use efficiency.

Le réchauffement de la planète est un problème grave auquel le monde entier doit faire face, et les émissions de gaz à effet de serre sont communément reconnues comme étant une partie importante du problème. En plus du secteur du transport, les habitudes de consommation inefficace de la part des ménages constituent une deuxième source importante de ces émissions. Des débats au sujet de la meilleure démarche à suivre, ainsi qu'aux moyens appropriés de mesurer les phénomènes en présence ont davantage retardé l'action, tant sur les plans gouvernemental qu'individuel. Afin de résoudre ces problèmes à leur origine, il s'avère essentiel de mettre en place des interventions publiques d'une part, et d'autre part de convaincre, les consommateurs de modifier leurs habitudes de consommation vers des patrons plus durables. Le biocarburant est devenu au cours des dernières années de plus en plus visible en tant que choix alternatif majeur en matière de carburant de transport visant à réduire les émissions à effet de serre. En dépit du débat acrimonieux qui sévit entre les proposants et les détracteurs des biocarburants, la promotion de l'éthanol est toujours considérée par la plupart des analystes comme étant une mesure qui pourrait aider la réduction des émissions des gaz à effet de serre. De plus, l'utilisation à grande échelle de mélanges éthanol-pétroles est considérée d'un oeil favorable par les gouvernements. Cependant, en bout de ligne les habitudes de conduite automobile et de consommation privée à l'intérieur des ménages n'ont jamais été comprises de façon complète. En outre, ni l'acceptation ni l'utilisation volontariste des mélanges éthanol-pétroles par le consommateur canadien n'est évidentes. La présente étude vise à combler ces lacunes d'informations en trois temps, chacun prenant la forme d'un article scientifique séparé (chapitres 2, 3 et 4). / Le premier (chapitre 2) vise à examiner deux ensembles de comportements "verts" de la part des consommateurs canadiens associés aux émissions de GES: les activités domestiques des ménages et l'usage de l'automobile. Quatre groupes de variables ont été utilisés : les attitudes, connaissances et comportements en matière environnementale, l'ouverture d'esprit envers certaines politiques environnementales, des indices reliés à l'achat et à la conduite d'automobiles, et les facteurs sociodémographiques immuables. L'étude, basée sur un sondage auprès de 1002 ménages tirés au hasard à travers le Canada révèle que les facteurs dominants qui affectent les comportements verts des consommateurs sont le sentiment de responsabilité personnelle envers l'assainissement de l'environnement et l'impression de porter un impact perceptible en ce sens. Les profils sociodémographiques des consommateurs canadiens qui ne participent pas encore activement à des activités de réduction des gaz à effet de serre au sein du foyer incluent ceux qui détiennent moins de connaissances au sujet des problèmes du réchauffement de la planète et des produits renouvelables, sont moins soucieux des problèmes environnementaux, sont moins prêts à faire des sacrifices personnels pour l'environnement, ressentent une moindre responsabilité personnelle à participer à la réduction des gaz à effet de serre, ne participent pas actuellement à des groupes environnementaux, ne s'intéressent point aux campagnes de publicité environnementale, possèdent et conduisent un nombre plus élevé de voitures, sont plus jeunes, proviennent de familles moins nanties, sont majoritairement des hommes, et habitent les provinces atlantiques et des prairies. Sur les routes, ceux qui émettent la plus grande quantité de gaz à effet de serre dans l'atmosphère sont ceux qui ne contribuent pas aux activités des groupes environnementaux, possèdent et conduisent un nombre plus élevé de voitures, et résident dans deux des zones les moins densément peuplées du Canada. Les hommes et les résidents des prairies et paradoxalement, ceux qui possèdent plus de formation scolaire et de connaissances environnementales ont tendance à voyager plus en automobile et donc à causer plus d'émissions de GES par an. / Le deuxième article (chapitre 3) s'inscrit dans les suites du premier, avec le même échantillon de 1002 ménages et explore plus en détails les préférences de la part des consommateurs canadiens entre deux types de carburant : l'essence sans plomb régulière et un mélange de 10% éthanol - 90% pétrole ("E10"). Afin de faciliter le choix d'une stratégie de taxation du gouvernement, l'étude isole un estimé de la valeur donnée par les consommateurs aux attributs hédoniques "verts" d'ElO. Les résultats indiquent que le prix et la présence d'une "taxe verte" sur l'essence produisent tous les deux un impact négatif sur la probabilité de choisir l'éthanol à la pompe. La préférence pour l'ElO est également conditionnée de façon significative par l'âge, la taille et la dépense pour l'essence du véhicule principal du répondeur, ainsi que par certaines variables sociodémographiques. / Le troisième article (chapitre 4) se concentre sur l'identification d'un cadre juridique approprié pour promouvoir la production et la consommation de biocarburants au Canada. Les interventions gouvernementales actuelles visant à forger une stratégie de réduction des gaz à effet de serre sont regroupées en trois approches : obligations (lois et règlements), incitations économiques (taxes et subventions), et réductions volontaires (tant pour les raffineries que pour les consommateurs). Les résultats de cette troisième étude suggèrent que le processus de prise de décision législative touchant le développement des biocarburants est fortement influencé par la volonté de réduire les émissions de GES, un souci pour une des utilisations efficace des ressources naturelles et les priorités de développement économique aux niveaux local et provincial. / La présente thèse se veut une contribution empirique à la littérature dans le domaine des politiques publiques canadiennes s'intéressant aux comportements "vert" des consommateurs, à la réduction de GES et à l'environnement. Non seulement les résultats des deux premiers papiers révèlent que certaines variables dans le profil du consommateur peuvent avoir un impact sur le comportement vert des consommateurs ; ils chiffrent en détail la direction et la taille de telles influences. Pris ensemble avec le troisième article, les résultats empiriques de la recherche sont utiles aux décideurs publics chargés des activités de planification environnementale, de la formation des objectifs nationaux et provinciaux en matière du carburant de transport renouvelable, delà (re)structuration du secteur des biocarburants et des programmes d'intervention publique aux niveaux fédéral et provincial.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'utilisation du sorgho sucré [Sorghum bicolor (L.) Moench] et du millet perlé sucré [Pennisetum glaucum (L.) R.BR.] comme cultures énergétiques au Québec a gagné de l'intérêt ces dernières années. Leur sève riche en carbohydrates solubles dans l'eau peut être fermentée pour une éventuelle production d'éthanol. Leur particularité réside dans leur utilisation efficace des fertilisants azotées et de l'eau par comparaison au maïs, la seule culture utilisée actuellement pour produire de l'éthanol au Québec. Différentes études s'intéressant à la régie de culture de ces deux plantes ainsi qu'à leur récolte, à l'entreposage de la biomasse et à l'extraction du jus et son entreposage, ont été effectuées. Cependant, la valorisation du résidu de pressage (appelé bagasse) nécessite d'être explorée davantage. L'objectif général de cette thèse était d'optimiser l'extraction des carbohydrates solubles dans l'eau à partir de la biomasse du sorgho sucré et du millet perlé sucré pressée à l'aide d'une presse hydraulique et de valoriser la bagasse générée pour une éventuelle production d'éthanol cellulosique ou pour en faire de l'ensilage. L'extraction du jus à partir de la biomasse du sorgho sucré et du millet perlé sucré a été effectuée à l'aide d'une presse hydraulique de laboratoire. L'optimisation de l'extraction des carbohydrates solubles a été basée sur deux pressages de la biomasse avec imprégnation de la bagasse avec de l'eau avant le deuxième pressage. Les effets de deux types de hachages (grossier ou fin), quatre ratios eau:bagasse (0,5; 1; 1,5 et 2) et trois températures de l'eau d'imprégnation (25, 45 et 65 °C) sur l'extraction des carbohydrates solubles ont été étudiés. Le potentiel de la bagasse générée par le processus de pressage optimisé a été exploré pour une éventuelle production d'éthanol cellulosique. Pour ce faire, la bagasse a été réduite en deux tailles (4,5-9 mm et 1 mm), prétraitée à l'aide de l'acide sulfurique ou de l'hydroxyde de sodium à deux concentrations (1% et 3%) puis saccharifiée enzymatiquement. L'effet de ces paramètres sur la libération de carbohydrates structuraux a été déterminé et les rendements en éthanol de première génération et cellulosique ont été calculés basé sur ces résultats puis prédits en tenant compte du rendement de ces cultures au Québec. Afin d'étudier le potentiel d'un pressage au champ de la biomasse de sorgho et de millet perlé sucrés, trois ratios eau:bagasse (0,5; 1 et 1,5) ont été considérés pour l'imprégnation de la bagasse avant le deuxième pressage. Les bagasses générées ont été ensilées et leurs qualités de conservation et nutritives ont été évaluées. Pour l'extraction de carbohydrates solubles en laboratoire, presser la biomasse grossièrement hachée (4,5-9 mm) deux fois tout en imprégnant la bagasse avec de l'eau à 25 °C selon un ratio eau:bagasse de 1 juste avant le deuxième pressage était la condition optimale. Sous cette condition, les rendements d'extraction de carbohydrates solubles étaient de 83% et 78% pour le sorgho sucré et le millet perlé sucré, respectivement. Le rendement en éthanol de première génération a été prédit à 871-1267 L.ha⁻¹ pour le sorgho sucré et à 600-1188 L.ha⁻¹ pour le millet perlé sucré. Le prétraitement de la bagasse générée avec de l'hydroxyde de sodium à 3% était la condition la plus appropriée pour l'obtention d'éthanol cellulosique en favorisant la libération des carbohydrates structuraux après saccharification enzymatique. En effet, la cellulose a été saccharifiée à 88% et 73% pour le sorgho et le millet, respectivement, ce qui a généré une concentration en glucose de 320 et 249 g.kg⁻¹ MS de bagasse, respectivement. Ainsi, les rendements en éthanol cellulosique prédits ont varié de 1527-2221,6 et 1185-2347 L.ha⁻¹ pour le sorgho et le millet, respectivement. Pour le pressage du sorgho et du millet au champ, un ratio d'imprégnation eau:bagasse de 0,5 a été adéquat pour l'extraction des carbohydrates solubles résiduels. Dans ce contexte, un rendement d'extraction des carbohydrates solubles totaux (initiaux + résiduels) de 50% a été obtenu pour le sorgho contre 46% pour le millet, à la suite de deux pressages. La concentration des carbohydrates solubles résiduels dans les bagasses de deuxième pressage ont permis une fermentation adéquate des ensilages. Malgré la teneur élevée en fibres ADF et NDF des ensilages, les digestibilités in vitro de la matière sèche (IVTD) et des fibres NDF (NDFd) étaient bonnes, surtout pour le sorgho sucré. Cela pourrait procurer à la bagasse de sorgho sucré un potentiel intéressant en alimentation animale. / The use of sweet sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] and sweet pearl millet [Pennisetum glaucum (L.) R.BR.] as energy crops in Quebec has gained interest in recent years. Their sap rich in water soluble carbohydrates can be fermented for an eventual production of ethanol. Their particularity lies in their efficient use of nitrogen fertilizers and water compared to corn, the only crop currently used for ethanol production in Québec. Various studies focusing on the cultivation management of these crops as well as their harvesting, the storage of the biomass, and the extraction of the juice and its storage have been carried out. However, the valorization of the pressing residue (called bagasse) still needs to be further explored. The general objective of this thesis was to optimize the extraction of water soluble carbohydrates from sweet sorghum and sweet pearl millet biomass pressed using a hydraulic press and to valorize the generated bagasse for eventual cellulosic ethanol production or for making silage. Juice extraction from sweet sorghum and sweet pearl millet biomass was performed using a laboratory hydraulic press. The optimization of soluble carbohydrate extraction was based on two pressings of the biomass with impregnation of the bagasse with water before the second pressing. The effect of two chopping modes (coarse or fine), four water:bagasse ratios (0.5, 1, 1.5, and 2), and three water temperatures (25, 45, and 65 °C) on the extraction of soluble carbohydrates have been studied. The bagasse generated from the optimized pressing process was investigated for an eventual production of cellulosic ethanol. For this purpose, the bagasse was reduced in two sizes (4.5-9 mm and 1 mm), pretreated either with sulfuric acid or with sodium hydroxide at two concentrations (1% and 3%) and then enzymatically saccharified. The effect of these parameters on structural carbohydrate release was determined and the first generation and cellulosic ethanol yields were predicted based on the yield of these plant species in Quebec. For an in-field pressing of sorghum and millet biomass, three water:bagasse ratios (0.5, 1, and 1.5) were considered for bagasse impregnation before the second pressing. The bagasses generated were ensiled and their conservation and nutritive qualities were evaluated. For the extraction of soluble carbohydrate in the laboratory, pressing the coarsely chopped biomass (4.5-9 mm) twice while impregnating the bagasse with water at 25 °C according to a water:bagasse ratio of 1 just before the second pressing was the optimal condition. Under this condition, extraction yields of soluble carbohydrates were 83% and 78% for sweet sorghum and sweet pearl millet, respectively. First generation ethanol yields of 871-1267 L.ha⁻¹ and 600-1188 L.ha⁻¹ were predicted for sweet sorghum and sweet pearl millet, respectively. Pretreatment of the generated bagasse with 3% sodium hydroxide was the most suitable condition to produce cellulosic ethanol by efficiently releasing structural carbohydrates after enzymatic saccharification. Indeed, the cellulose was saccharified at 88% and 73% for sorghum and millet, respectively, which generated a glucose concentration of 320 and 249 g.kg⁻¹ DM of bagasse, respectively. Thus, cellulosic ethanol yields ranging from 1527-2221.6 and 1185-2347 L.ha⁻¹ were predicted for sorghum and millet, respectively. For in-field pressing of sorghum and millet, a water:bagasse ratio of 0.5 was adequate for the extraction of residual soluble carbohydrates. In this context, an extraction yield of total soluble carbohydrates (initial + residual) of 50% was obtained for sorghum against 46% for millet, following two pressings. The concentration of residual soluble carbohydrates in the second pressing bagasse allowed adequate fermentation of the silages. Despite the high content of ADF and NDF fibers in silage, in vitro true digestibilities of dry matter (IVTD) and NDF fibers (NDFd) were good especially for sweet sorghum. Sweet sorghum silage from bagasse could thus have a good potential in animal feed.

Ce travail de thèse a eu pour objectif principal l'étude thermodynamique des changements métaboliques dans l'acidogénèse. L'acidogénèse est un procédé anaérobie à double intérêt qui en traitant des résidus organiques, permet de produire des composés chimiques comme l'hydrogène, l'éthanol et les acides organiques. Par conséquent, l'acidogénèse se place comme un procédé biotechnologique dans le concept de bioraffinerie. En outre, ce processus n'a pas besoin de conditions stériles d'opération et fonctionne sur une large gamme de pH. Ces changements métaboliques sont dépendants des modifications dans les conditions opératoires. Afin d'étudier ces changements métaboliques, des expériences basées sur des modifications du ciel gazeux du réacteur par introduction d'azote et sur des changements du pH, ont été menées. Un des résultats les plus intéressants a été l'augmentation du rendement de production d'hydrogène de 1 à 3,2 molH2/molglucose à pH 4,5 et débit de N2 de 58,4 L/d. Ce rendement est proche de la valeur théorique (4 molH2/molglucose). L'étude thermodynamique a permis d'expliquer les mécanismes métaboliques concernant l'hydrogène, dont la production importante, représentée par le rendement de 3,2 molH2/molglucose, est due à la réaction inverse H2/NAD+, qui est thermodynamiquement faisable à faibles pressions partielles d'hydrogène (par exemple 0,02 bar). En outre, les bas rendements en hydrogène ont été expliqués par l'action consommatrice d'hydrogène par la réaction d'homoacetogénèse. Cependant, le modèle n'a pas été capable d'expliquer les changements métaboliques de l'acétate, du butyrate et de l'éthanol lors de la fermentation acidogénique du glucose. / This thesis deals with thermodynamic based modelling of metabolic shifts during acidogenic fermentation. Acidogenic fermentation is an anaerobic process of double purpose: while treating organic residues, it produces chemical compounds, such as hydrogen, ethanol and organic acids. Therefore, acidogenic fermentation arises as an attractive biotechnology process towards the biorefinery concept. Moreover, this process does not need sterile operating conditions and works under a wide range of pH.Changes of operating conditions produce metabolic shifts, inducing variability on acidogenic product yields. In order to study these metabolic shifts, an experiment design was based on reactor headspace N2-flushing (gas phase) and pH step changes (liquid phase). A major result was the hydrogen yield increase from 1 to 3.2 (molH2/molglucose) at pH 4.5 and N2-flushing of 58.4 L/d. This yield is close to the theoretical acidogenic value (4 molH2/molglucose).The thermodynamic model, based on the assumption that acidogenic fermentation is characterised by limited energy available for biological process, allowed to explain the mechanisms that govern hydrogen metabolic shifts, showing that the synthesis of extra hydrogen, i.e. yield of 3.2 (molH2/molglucose), was due to reverse H2/NAD+ redox reaction, which is thermodynamically feasible at low hydrogen partial pressures (e.g. 0.02 bar). Moreover, low hydrogen yields were explained by the action of homoacetogenesis hydrogen consuming reaction. However, the model was not capable to explain the metabolic shifts of acetate, butyrate and ethanol on acidogenic glucose fermentation.