Reproduction de : Thèse de doctorat : Fonctionnement des écosystèmes et agrosystèmes : Toulouse, INPT : 2007. Reproduction de : Thèse de doctorat : Fonctionnement des écosystèmes et agrosystèmes : Université de sciences agricoles et medecine vétérinaire de Banat Timisoara : 2007. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 255 réf.

Le traitement de carbonitruration est aujourd'hui un procédé très répandu pour augmenter la résistance mécanique des pièces en acier. Ce type de solution a fait ses preuves dans le cadre de pièces massives, mais l'oxydation interne des couches enrichies reste une limitation conséquente du traitement à pression atmosphérique.C'est dans cette optique scientifique que s'inscrit une partie de cette étude visant le développement d'un traitement de carbonitruration à basse pression, en vue d'une application industrielle. Les nombreuses investigations expérimentales réalisées sur la nuance 16MnCr5 ont permis le développement et la mise au point de deux cycles répondant à deux critères de profondeur de traitement : 0.25 -- 0.4 mm et 0.7 -- 1.2 mm. Les observations métallurgiques ne révèlent aucune forme de précipitation, ce qui n'est pas le cas lorsque que le traitement est appliqué à une nuance métallurgique plus fortement alliée (Fe - 0.18 %C - 3.12 % Cr - 0.7 %V -0.45 %W).D'un point de vue simulation, les outils de calculs thermodynamiques confirment et clarifient les phénomènes de précipitations observés. L'acier plus fortement allié (qui contient initialement des carbures de vanadium de type MC) présente des carbures de types M23C6 et M7C3 ainsi que des carbonitrures de types M (C, N). En complément à la détermination des phases en présence et de leur composition, une modélisation de la diffusion du carbone et de l'azote est proposée. Le modèle utilise des conditions aux limites déterminées expérimentalement, des coefficients de diffusion du carbone et de l'azote interdépendants issus de la littérature. La cinétique de refroidissement au cours de la trempe est déterminée pour alimenter le modèle de calcul de transformation de phases et simuler le profil de dureté. Le couplage des modèles développés donne des résultats très proches des profils de carbone, azote et duretés mesurés expérimentalement.Une autre partie du travail propose l'intégration du traitement de carbonitruration à basse pression au procédé de mise en œuvre MIM (Moulage par Injection de poudres Métalliques) permettant la réalisation des composants de formes complexes. Les pièces " MIM " obtenues par l'exploitation du feedstock commercial PolyMIM 16MnCr5 intégrant un système de liant soluble à l'eau présentent 10 % de porosité. Les résultats métallurgiques observés sur les pièces MIM carbonitrurées consécutivement au palier de frittage sont identiques à ceux observés sur des pièces massives. La comparaison des profils de diffusion en carbone et azote entre les pièces à 10 et20 % de porosité (obtenu par diminution de la durée du pallier de frittage) montre cependant que le taux de porosité influence la profondeur de traitement.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 120-127. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Mémoire (M.Ress.Renouv.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1999. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 24 août 2006). Publié aussi en version papier.

Ce travail de recherche a eu pour objectif de caractériser l’influence du génotype de porte-greffes sur le développement du greffon notamment à travers l’étude des mécanismes relatifs à la signalisation azotée et hormonale. Dans ce contexte, deux porte-greffes, 1103 Paulsen (1103P) et Riparia Gloire de Montpellier (RGM), induisant respectivement une forte et faible vigueur du greffon, ont été étudiés. Une analyse du transcriptome racinaire a été effectuée chez des plants greffés impliquant ces deux génotypes dans un système split-root où la disponibilité en azote était hétérogène. Une réponse plus prononcée a été observée pour le génotype RGM, ainsi qu’une régulation temporelle différente entre les deux génotypes, notamment concernant des gènes clés de la réponse au nitrate intervenant dans la régulation de la croissance des racines ou dans la signalisation hormonale. D’un point de vue développemental, une régulation étroite de la production des racines latérales et des rameaux latéraux par la disponibilité en azote a été mise en évidence chez RGM. D’autre part, les propriétés intrinsèques de chaque porte-greffe semblent être conférées au greffon induisant notamment une ramification plus importante de celui-ci lorsque le porte-greffe 1103P est utilisé. La caractérisation fonctionnelle des gènes impliqués dans la voie de biosynthèse des strigolactones et la réalisation de bio-essais ont permis de mettre en évidence la production de composés de type strigolactones chez la Vigne. Ces travaux suggèrent aussi une balance contrastée entre les strigolactones et les cytokinines au sein des deux génotypes, corrélée à leur capacité de contrôle de la croissance du greffon. L’ensemble de ces résultats a permis de mettre en évidence une réponse transcriptomique et développementale à la disponibilité en azote toujours plus prononcée pour le génotype connu pour conférer le moins de vigueur au greffon, RGM. / This work aimed to characterize the impact of the rootstock genotype on the scion development especially through the study of the mechanisms related to nitrogen and hormonal signalling. In that context, two rootstocks were studied, 1103 Paulsen (1103P) and Riparia Gloire de Montpellier (RGM), inducing high and low scion vigour, respectively. A transcriptomic analysis was performed on roots of grafted plants involving both genotypes, cultivated in a split-root system where the nitrogen availability was heterogeneous. A more pronounced response was observed for RGM together with a different temporal regulation between both rootstocks, in particular concerning the expression of key genes of the nitrate response involved in root growth regulation or in hormonal signaling. Concerning plant development, a clear impact of the nitrogen availability on the production of lateral roots and shoot branching was highlighted for RGM. Moreover, the intrinsic properties of each rootstock seemed to be conferred to the scion inducing especially a higher shoot branching when the rootstock 1103P was used. The functional characterization of the genes involved in the strigolactone biosynthesis pathway and bioassays highlighted the production of strigolactone-like compounds in Grapevine. These experiments suggest also a contrasted balance between strigolactones and cytokinins within each rootstock genotype, correlated with their ability to control the scion growth. Taking together, these results showed a pronounced transcriptomic and developmental response to nitrogen availability for the genotype conferring the lowest scion vigour, RGM

La dénitrification autotrophe à l’aide de composés réduit de soufre est une approche intéressante pour le traitement biologique des contaminations azotées et des effluents pauvre en matière organique. La dénitrification autotrophe utilise des composés inorganiques comme sources d'énergie et de carbone. L'absence de matière organique élimine le besoin de post-traitements pour éliminer l'excès de carbone organique et limite la formation sous-produits d’oxydation dans le cadre de la production d’eau potable. Les eaux usées provenant des industries métallurgiques et minières ont généralement un faible pH, des températures basses et des concentrations élevées en métaux lourds. L'élimination biologique de l'azote est un défi parce que les bactéries dénitrifiantes prospèrent habituellement à pH neutre et à températures ambiantes (20-30 °C).Le but de cette thèse était de développer un procédé robuste de dénitrification à base de soufre dans des bioréacteurs à pH acide, températures psychrophiles (< 20 °C) et concentrations élevées en nickel. Le procédé a été optimisé au préalable avec des essais biologiques étudiant l'influence de la source de soufre (S2O32-, S0 biogénique et le synthétisé chimiquement), de la taille des particules de S0 (poudre et lentilles), de la culture dénitrifiante (cultures pures et mixtes de Thiobacillus) et de la température (6-30 °C) sur la cinétique de la dénitrification. L'utilisation de S2O32- et d’une culture pure de T. denitrificans ont permis d’atteindre des rendements de dénitrification les plus élevés. Le soufre élémentaire biogénique a été testé pour la première fois comme donneur d'électrons pour la dénitrification, montrant des taux de dénitrification 1.7 fois plus élevés que ceux obtenue avec de la poudre de S0 synthétisé chimiquement. Les taux de la dénitrification avec le S2O32- augmentent exponentiellement avec la température et les calculs avec l'équation d'Arrhenius donnent une énergie d'activation apparente Ea de 76.6 kJ/mol.Deux réacteurs à lit fluidisé (FBR) ont été utilisés pour étudier la dénitrification avec S2O32- à différents pH (5.25-7.00) et températures décroissantes (3-20 °C). Des rendements de dénitrification > 99% ont été observés pour eaux usés présentant des pH compris entre 5.75 et 5.30. L'addition d'une unité de carbonatation fournissant au biofilm du CO2 comme source de carbone supplémentaire, permettant une dénitrification complète à un pH de 4.75. Dans le même FBR, des taux de charge d'azote élevés (jusqu'à 3,3 kg N-NO3-/m3 d) avec le thiosulfate ont été maintenu à des températures aussi basses que 3 °C. L'impact de deux composés du Nickel (NiEDTA2- et NiCl2) sur la dénitrification à base de soufre a été étudiée dans deux FBR en parallèle à 20 (± 2) °C et des concentrations de nickel variant dans la gamme de 5-200 mg Ni/L. Dans des bioessais discontinues, 25-100 mg Ni/L de NiCl2 ont inhibée l'élimination de NO3- de 7-16%, alors qu'aucune inhibition n'a été observée avec NiEDTA2-. L'EDTA non complexée a inhibée la dénitrification à des concentrations supérieures à 100 mg/L. Les deux composés de Ni ont montré aucun effet négatif sur la dénitrification en FBR aux concentrations testées. Le bilan massique du nickel, la caractérisation de la phase solide et la modélisation thermodynamique ont révélé que des précipités de nickel ont été principalement éliminés avec l'effluent. Les phosphates, sulfures et oxydes de nickel ont été déterminés comme les principaux précipités de nickel et étaient principalement amorphe.Les FBRs se sont révélés être bioprocédés robustes pour l'élimination de l'azote à pH acide, pour des températures psychrophiles et des concentrations élevées de nickel. Les résultats de cette étude sont d'un grand intérêt pour le traitement des eaux souterraines et minières contaminés par les nitrates dans les régions froides du monde et également pour les eaux usées industrielles acides et chargées en métaux lourds / Autotrophic denitrification driven by reduced sulfur compounds is a promising and cost-effective biological nitrogen removal process, recommended for the treatment of organic-deficient waters, e.g. groundwater and several industrial wastewaters. Autotrophic denitrifiers utilize inorganic compounds as sources of energy and carbon. The lack of organics eliminates the need of post-treatments to remove excess organic carbon and limits the formation of harmful organic byproducts (e.g. trihalomethanes, THM), resulting in a clean and safe treatment also for drinking water. Wastewaters from mining and metal-finishing industry commonly feature low pH and temperatures as well as high heavy metal concentrations. Nitrogen removal from these waters is a technical challenge, since denitrifying bacteria usually thrives at circumneutral pH and ambient temperatures (20-30°C).The aim of this study was to develop a robust and efficient sulfur-based denitrification bioreactor process able to tolerate acidic pH, psychrophilic temperatures (< 20°C) and high nickel concentrations. The process was preliminary optimized in batch bioassays investigating the influence of sulfur source, i.e. thiosulfate (S2O32-) and biogenic and chemically synthesized elemental sulfur (S0), S0 particle size (powder and lentils), denitrifying culture (pure and mixed cultures of Thiobacillus) and temperature (6-30°C) on denitrification kinetics. The use of S2O32- and a pure culture of Thiobacillus denitrificans resulted in the highest denitrification rates. Biogenic S0 was tested for the first time as electron donor for autotrophic denitrification, showing 1.7-fold faster NO3- removal than that achieved with chemically synthesized S0 powder. The rates of thiosulfate-driven denitrification exponentially increased with temperature, being modeled according to the Arrhenius equation with an apparent activation energy Ea of 76.6 kJ/mol and a temperature coefficient Q10 of 3.0.Fluidized-bed reactors (FBRs) were used to investigate continuous thiosulfate-driven denitrification under decreasing feed pH (5.25-7.00) and temperatures (3-20°C). Denitrification efficiencies > 99% were observed at feed and effluent pH as low as 5.75 and 5.30, respectively. At lower feed pH values, the denitrification activity rapidly decreased due to an inorganic carbon deficiency. The addition of a carbonation unit providing CO2 as supplemental carbon source to the FBR biofilm allowed complete denitrification even at a pH of 4.75. In the same FBR, high-rate (up to 3.3 kg N-NO3-/m3 d) thiosulfate-driven denitrification was maintained at temperatures as low as 3°C. The impact of two Ni compounds, i.e. NiEDTA2- and NiCl2, on sulfur-based denitrification was investigated in a parallel FBR at 20 (±2)°C and feed Ni concentrations in the range of 5-200 mg Ni/L. Preliminary batch bioassays were carried out to assess Ni and free EDTA toxicity on sulfur-based denitrification. In batch bioassays, 25-100 mg Ni/L of NiCl2 inhibited NO3- removal by 7-16%, whereas no inhibition was observed with NiEDTA2-. Free EDTA inhibited sulfur-based denitrification at concentrations exceeding 100 mg/L. Both Ni compounds showed no detrimental effects on sulfur-based denitrification in FBR at the tested concentrations. Nickel mass balance, solid-phase characterization and thermodynamic modeling revealed that nickel precipitates were mostly washed out with the effluent, due to the slow Ni precipitation kinetics and high upflow velocities in the FBR. Nickel phosphate, sulfide and oxide were indicated as the main nickel precipitates and were mostly amorphous.FBRs were shown to be powerful and robust biofilm systems for nitrogen removal under acidic pH, psychrophilic temperatures and high nickel concentrations. The results of this study are of great interest for the treatment of NO3- contaminated ground and mining waters in cold regions (e.g. Canadian and Scandinavian regions) as well as acidic and heavy-metal-laden wastewaters

Ces travaux de thèse porte sur l'étude d'un procédé de traitement des eaux usées intitulé "anammox". C'est un procédé biologique reposant sur le métabolisme d'un groupe de bactéries du même nom permettant l'épuration de l'azote. Ces travaux développent une méthodologie pour leur identification et leur culture et aboutissent à la mise en application de bio-réacteur de traitement à l'échelle du laboratoire. / This work focuses on the study of a wastewater treatment process entitled "anammox". It is a biological process based on the metabolism of a group of bacteria of the same name allowing the purification of nitrogen. This work develops a methodology for their identification, their culture and for the implementation of bioreactor treatment at the laboratory scale.

Les systèmes de digestion anaérobie (DA) sont des systèmes biomécaniques complexes qui demandent une conception et une fabrication particulières pour chaque cas. Ces systèmes, à la base, utilisés sur les fermes pour transformer le fumier en biogaz et en engrais, sont maintenant utilisés pour transformer tout type de matières organiques allant des déchets de table aux rejets industriels. Ce mémoire porte sur deux post-traitements possibles de l’effluent de tels systèmes dans le but d’améliorer le bilan environnemental, de réduire l’impact sur les stations de traitement des eaux usées (STEU) et de poser les bases pour de futures recherches sur le recyclage de la portion liquide de cet effluent vers les systèmes de digestion anaérobie. Le post-traitement permet d’améliorer le bilan environnemental en évitant de relâcher certains contaminants dans la nature ou vers les STEU, ce qui pourrait gravement affecter leur efficacité de traitement. Les traitements retenus sont un traitement biologique (figure 2) par nitrification et dénitrification de l’effluent ainsi qu’un traitement chimique par stripage à l’air. Le traitement biologique a permis de retirer 50% de la charge azotée pour des conditions d’opération données comparativement à plus de 90% pour le traitement chimique. Le système qui s’avère le plus efficace en terme de temps de traitement (moins de 12 heures versus 5 jours), de flexibilité par rapport aux charges (jusqu’à 6000 ppm d’azote ammoniacal versus moins de 2000 ppm) et d’efficacité du retrait en général est le traitement par stripage à l’air. Comparativement au traitement biologique, ce traitement ne demande pas de temps de démarrage, ce qui permet aux usines de biométhanisation d’être conformes à leurs objectifs de rejet dès le premier jour.

La gestion de l’azote (N) est un défi pour les producteurs de maïs-grain (Zea mays L.) biologique qui comptent sur les cultures de couverture (CC) pour combler les besoins en N de cette culture. L’objectif de cette étude était de déterminer l’effet de mélanges de CC semés en dérobée sur l’approvisionnement en N du maïs-grain. Une expérience de deux ans a été répétée sur trois années sites. Le dispositif expérimental était un plan factoriel en tiroir avec quatre blocs, où les CC étaient en parcelles principales : un témoin enherbé sans CC, une CC de pois (Pisum sativum L.) et des mélanges de 2, de 6 et de 12 espèces. La fertilisation organique du maïs-grain était en parcelle secondaire (0 ou 120 kg N ha-1 ). Aux trois années-sites, la proportion du pois fourrager variait entre 45 et 93 % de la biomasse aérienne des mélanges. La CC de pois a produit la biomasse aérienne la plus élevée (2,636 kg ha-1 ), mais la biomasse racinaire la plus faible (693 kg ha-1 ) en comparaison avec les mélanges. Le contenu en N de la biomasse aérienne totale variait entre 8 et 140 kg N ha-1 , alors que le contenu en N de la biomasse racinaire était en moyenne de 13 kg N ha-1 . À l’implantation des CC, la biomasse des plantes adventices était inversement corrélée à la biomasse aérienne des CC. Le rendement le plus élevé de maïs-grain a été observé dans la CC de pois et les mélanges de 2 et de 12 espèces, tandis que le rendement le plus faible, dans le témoin enherbé et le mélange de 6 espèces. Finalement, la fertilisation organique a permis d'augmenter le rendement du maïs-grain de 10 % en moyenne. D’autres pratiques innovantes de gestion des CC sont nécessaires pour rendre le système de culture du maïs-grain biologique plus productif. / Grain corn (Zea mays L.) is a high nitrogen (N) demanding crop, and synchronizing N supply with crop N needs is particularly challenging for organic producers. Therefore, they rely heavily on legume cover crops (CC) for N input. The overall goal of the research project was to assess the effect of fall-seeded cover crop mixtures on nitrogen supply to corn. A two-year field experiment was repeated at Laval University experimental farm (2017-2018; 2018-2019) and on an organic commercial farm (2017-2018). The experimental design was a split-plot with four blocks, in which CC treatment (Year 1) was the main plot factor: a weedy control without CC, a pure stand of field pea (Pisum sativum L.), and mixtures of 2, 6 and 12 species. The corn organic fertilization (Year 2) was the subplot factor (0 or 120 kg N ha-1 ). Among all site-years, the proportion of field pea in the total aboveground biomass ranged from 45 to 93%, within all mixtures. The highest aboveground plant biomass (2,636 kg ha-1 ) and the lowest belowground plant biomass (693 kg ha-1 ) were both observed in the pure stand of field pea. In the fall, weed biomass was inversely correlated with cover crop aboveground biomass. Nitrogen content in the aboveground plant biomass ranged from 8 to 140 kg N ha-1 , whereas N content of the belowground plant biomass averaged 13 kg N ha-1 . The highest corn yield was observed in the pure stand of field pea, the 2-species, and the 12-species mixtures, while the lowest yield was observed in the weedy control and the 6-species mixture. Moreover, organic fertilization only increased corn yield by 10% for all CC treatments and site-years. Additional innovative CC management practices are needed to make organic CC-based corn cropping systems more productive.