Titre de l'écran-titre (visionné le 7 août 2023) / Le bois est un matériau d'origine naturelle, renouvelable et largement utilisé dans l'industrie de la construction et de la fabrication de meubles. Toutefois, seulement une fraction des troncs d'arbres est utilisée pour le bois d'œuvre ce qui entraîne un gaspillage important de cette ressource. Ainsi, ce projet vise à revaloriser les sous-produits de l'industrie du bois en utilisant cette ressource pour synthétiser des fibres de carbone (FC). La FC est connue comme étant une des fibres les plus résistantes au monde tout en étant extrêmement légère. Ainsi, cette fibre est très utilisée dans le renfort des matériaux. Cependant, la FC est actuellement synthétisée à partir d'une molécule issue du pétrole, ce qui pose non seulement un problème écologique, mais aussi économique car ceci la rend onéreuse. L'objectif général de cette thèse est donc d'utiliser la lignine isolée par le procédé Organosolv catalysé au chlorure de fer III (FeCl₃) du bois d'épinette noire afin de la transformer en fibre de carbone. Pour cela, trois axes de recherche ont été définis afin d'isoler, de filer et de carboniser la lignine Organosolv de l'épinette noire. Dans un premier temps, la méthode d'isolement par le procédé Organosolv catalytisé au FeCl₃ a été sélectionnée et optimisée pour isoler la lignine du bois de l'épinette noire (Picea mariana). Ce procédé a permis d'isoler une lignine pure, peu dégradée et sans soufre. Actuellement, les procédés Organosolv sont principalement utilisés pour isoler la lignine à partir du bois de feuillus. Afin d'augmenter la ressource disponible, nous avons adapté ce procédé à base d'éthanol et d'eau à une essence de résineux (l'épinette noire) et avons obtenu une lignine de très haute pureté (supérieure à 97 %) et peu dégradée avec un rendement supérieur à 70 %. Après une caractérisation complète, la lignine a été transformée en fibre via l'électrofilage à partir d'une solution en DMF concentrée à 57 %m en lignine qui permet d'obtenir des fibres avec un diamètre nanométrique. Les nombreux paramètres étant difficile à maîtriser, l'optimisation de ce procédé fut l'objet du second axe de recherche. Les résultats ont montré non seulement la faisabilité de l'électrofilage de lignine Organosolv de résineux sans ajout de polymère, mais également que l'ajout de 2 %m FeCl₃ dans la solution de lignine-DMF permettait de diminuer le diamètre minimum des fibres de 400 à 200 nm, ainsi que d'augmenter le rendement de la production par l'augmentation du débit de 0,4 à 0,7 mL/h. Enfin, le troisième axe a porté sur la stabilisation des fibres avec et sans FeCl₃. Il a été démontré que l'ajout de 2 %m de FeCl₃ permettait d'améliorer les propriétés thermiques des fibres de lignine lors de la stabilisation. Les fibres stabilisées ont ensuite été carbonisées pour l'obtention de fibres de carbone (FC). La synthèse de fibres de carbone à partir de lignine Organosolv pure de résineux n'avait jamais été réalisée dans la littérature jusqu'à présent. D'après les résultats, la carbonisation à une vitesse de chauffe de 10 °C/min permet d'éviter la pyrolyse des fibres, tandis que l'ajout de FeCl₃ génère une porosité aux fibres. Cette observation est intéressante car cela signifie que le FeCl₃ permet d'augmenter drastiquement la surface d'échange des fibres. La pureté et la faible dégradation de la lignine obtenue, le faible diamètre des fibres ainsi que l'ajout du FeCl₃ pour les traitements thermiques ont été les trois conditions mises en avant pour l'obtention de la FC à partir de la lignine Organosolv du bois d'épinette noire, avec des propriétés améliorées par rapport à celles rapportées jusqu'à maintenant dans la littérature avec d'autres conditions. Les résultats de cette thèse ont permis de mettre en évidence la versatilité du procédé Organosolv catalysé au FeCl₃ en permettant d'isoler une lignine de haute pureté et à un rendement élevé à partir de copeaux issus d'un bois résineux. Les résultats obtenus dans cette recherche ont aussi montré la faisabilité de l'électrofilage de la lignine de résineux sans ajout de polymère, ce qui n'avait jamais été rapporté jusqu'à présent. Enfin, ce projet ouvre la voie à de nouvelles recherches concernant l'usage de FeCl₃ pour l'électrofilage de la lignine, ainsi que pour la stabilisation et la carbonisation des fibres de lignine dans le processus de fabrication des fibres de carbone. / Wood is a natural and renewable material. It is used extensively for construction and furniture for example. However, only a fraction of the tree trunks is used for lumber, and this represents a waste of this resource. Thus, this project aims to valorise the by-products of the wood industry, using this resource to synthesize carbon fiber (CF). CF is known as one of the strongest and lightest fibers in the world. Thus, CF is widely used in the reinforcement of materials. However, CF is currently synthesized from a petroleum derived molecule which poses not only an ecological problem, but also an economical one because it is very expensive. The general objective of this thesis is to use the lignin extracted by the Organosolv process catalyzed by iron III chloride (FeCl₃) from black spruce to transform it into carbon fiber. To this end, three research axes have been defined to isolate, spin and carbonize the Organosolv lignin from black spruce. First, an extraction method (Organosolv process) was selected and optimized to isolate the lignin from the wood of black spruce (Picea mariana). This process allows to isolate pure lignin with low degradation without sulfur. Currently, this process is mainly used to isolate lignin from hardwoods. In order to increase the available resource, we have adapted this ethanol and water-based process to a softwood species (black spruce) and obtained a very high purity lignin (higher than 97 %) and low degradation with a yield higher than 70 %. After a complete characterization, the lignin was transformed into fiber via electrospinning which allows to obtain fibers with a nanometric diameter. The numerous parameters being difficult to control, the optimization of this process was the object of the second research axis. The results showed not only the feasibility of electrospinning softwood lignin without polymer addition, but also that the addition of 2 wt. % FeCl₃ in the lignin-DMF solution allowed to decrease the minimum fibers diameter from 400 to 200 nm, as well as to increase the production yield by increasing the flow rate from 0.4 to 0.7 mL/h. Finally, the third axis focused on the stabilization of the fibers with and without FeCl₃ and showed that FeCl₃ improved the thermal properties of lignin fibers during stabilization. The stabilized fibers were then carbonized to obtain carbon fibers. The synthesis of carbon fibers from pure Organosolv lignin of softwoods had never been reported previously in the literature until now. According to the results, carbonization at the rate of 10 °C/min avoids pyrolysis of the fibers, while the addition of FeCl₃ creates porosity in the fibers. This observation is interesting because it means that FeCl₃ drastically increases the exchange surface of the fibers. The purity and low degradation of the obtained lignin, the small diameter of the fibers, as well as the addition of FeCl₃ for the thermal treatments were the three conditions put forward to obtain biosourced CF with properties higher than those obtained until now in the literature with different conditions. The results of this thesis highlighted the versatility of the FeCl₃-catalyzed Organosolv process in isolating high purity lignin and high yield from softwood chips. The results also showed the feasibility of electrospinning the organosolv softwood lignin without polymer addition, which had never been reported before. Finally, this project opens the way for further research on the use of FeCl₃ for lignin electrospinning as well as for the stabilization and carbonization of lignin fibers in the carbon fiber manufacturing process.

La présente thèse traite des propriétés de la Matière Noire (MN), en particulier dans le contexte du Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM). En premier lieu, est examinée la question de savoir si un neutralino dans le NMSSM pourrait expliquer un excès de photon monochromatique possiblement présent dans les données Fermi-LAT. Il est montré qu’un neutralino, associé à l’anéantissement d’une particule Higgs CP-impair échangée dans le canal s, peut, en principe, donner lieu à une section efficace suffisamment grande. Sont également étudiés les modèles asymétriques de matière noire aux fins d’expliquer la MN actuelle et la densité de baryons. Les limites supérieures de l’auto- anéantissement de la section efficace, qui peuvent potentiellement détruire la MN asymétrique, sont dérivées et appliquées à une variété de modèles. Enfin, est proposé un modèle supersymétrique qui prévoit des sneutrinos en tant que MN asymétrique viable et qui explique les petites valeurs de la masse des neutrinos. Sont ainsi étudiées des limites à ce modèle à partir de la physique des particules, de la cosmologie et des observations de la MN. / This thesis deals with Dark Matter (DM) properties, mainly in the context of the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM). First, it is examined whether a neutralino in the NMSSM could explain a monochromatic photon excess possibly present in the Fermi-LAT data. It is shown that neutralino pair annihilation with a CP-odd Higgs exchanged in s-channel can, in principle, give rise to a sufficiently large cross section. Asymmetric dark matter models, aiming at the explanation of the coincidence of present-day DM and baryon abundances, are also discussed. Upper bounds on DM self-annihilation cross section, which can potentially destroy the DM asymmetry, are derived and applied to a variety of models. Finally, a supersymmetric model is proposed, providing sneutrinos as viable asymmetric DM and explaining the smallness of neutrino masses. Bounds on this model from particle physics, cosmology and DM searches are studied.

Texte remanié de: Thesis--Department of archaeology--University of bergen, 2002. / Bibliogr. p. 79-86.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 5 mai 2008). Bibliogr.

Mémoire (M.Ress.Renouv.)--Université du Québec à Chicoutimi, 2001. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

"Le présent ouvrage a fait l'objet d'une thèse de doctorat de sciences économiques, soutenue à Paris, en décembre 1966." / Bibliography: p. [435]-443.

Les arbustes éricacées sont réputés pour nuire à la croissance de l’épinette noire (Picea mariana (Mill.) [B.S.P.]) par une forte compétition pour les ressources. L’ouverture de la voûte forestière par la coupe peut intensifier cette compétition et mener à l’envahissement des plantes éricacées. L’objectif de ce projet de recherche était d’expliquer, par l’évaluation de la réponse des traits fonctionnels, le potentiel d’envahissement des éricacées et la stagnation de la croissance de la régénération naturelle d’épinette noire après coupe dans le domaine de la pessière noire à mousses de l’est. Le premier volet de la thèse démontre que le thé du Labrador (Rhododendron groenlandicum [Oeder] Kron & Judd) s’acclimate rapidement à l’augmentation de lumière causée par la coupe, spécialement dans les coupes les plus intenses, par des modifications physiolgiques. De son côté, les traits morphologiques de l’épinette noire n’ont pas répondu au changement d’environement créé par la coupe, indicant soit une absence ou un délai d’acclimatation. La deuxième expérience terrain a permis de constater que la photosynthèse de l’épinette noire était influencée négativement par la présence des plantes éricacées sur le parterre de coupe, et ce, peu importe la qualité de la station étudiée. Cette réduction du taux de photosynthèse serait attribuable à la plus faible disponibilité en azote minéral dans les parcelles témoin résultant d’une forte compétition souterraine des plantes éricacées pour les ressources nutritives du sol. Une troisième expérience en serre a démontré que la masse foliaire par unité de surface (LMA) du Rhododendron et du Kalmia a diminué avec l’ombrage. L’épinette noire a montré une taux d’absorption et un taux d’absorption spécifique supérieurs à des niveaux d’azote plus élevés comparativement aux éricacées. La plasiticité envers la lumière fut supérieure pour le Kalmia (sauf pour la LMA) et celle envers l’addition d’azote fut supérieure pour le Rhododendron et l’épinette suggérant que la plasticité des traits est en accord avec le statut successionnel des espèces. / Ericaceous shrubs are known to impair black spruce (Picea mariana (Mill.) [B.S.P.]) growth by creating a strong competition for below and aboveground resources. Opening of the forest canopy with harvest can intensify this competition and lead to enroachment of ericaceous shrub. Our objective was to explain, through evaluation response of functional traits, ericaceous potential enroachment after logging and stagnant growth of black spruce advance regeneration in the Quebec’s eastern black spruce-feathermoss sub-domain. The first chapter demonstrated the rapid acclimation of bog Labrador tea (Rhododendron groenlandicum [Oeder] Kron & Judd) to higher light availability created by logging, especially in the more intense treatements, through a modification of both physiological leaf traits. On the other hand, black spruce leaf traits did not respond to changes in environement associated with logging; this may indicate either an absence or a delay in acclimation. In a second field experiment, black spruce photosynthetic rate was negatively influenced by ericaceous shrub presence on the cutting area, regardless of the site fertility quality. The lower photosynthesis rate of black spruce, when associated with ericaceous shrubs, could be resulting of a lower mineral soil nitrogen availability created by a greater belowground competition for ressources form the ericaceous shrubs. A third experiment under greenhouse conditions showed that Rhododendron and Kalmia leaf mass per unit of area (LMA) was reduced by shading, but was similar for black spruce. There were few differences in trait response to N addition among species. Black spruce showed higher absorption rate and specific absorption rate at higher N levels, compared to the two ericads. Plasticity to light was higher for Kalmia (except for LMA) and plasticity for nitrogen addition was higher for Rhododendron black spruce suggesting that trait plasticity is in accordance with successional status of these species.

Trente-six arbres d’épinette noire ont été récoltés dans la région de Chibougamau au nord de Québec et répartis dans trois catégories de densité de peuplement après avoir déterminé leur densité de peuplement locale. Les arbres ont été débités en trois billes de 2,7 m de longueur dont la partie supérieure de 30 cm de longueur a été coupée et utilisée comme support de l’échantillonnage. Le travail a consisté à étudier les variations des propriétés du bois avec la densité de peuplement à différentes hauteurs de l’arbre. Ces propriétés, estimées comme les critères de qualité du bois les plus importants, sont la masse volumique du bois, le taux de croissance, le retrait, la résistance mécanique et la structure anatomique en coupe transversale. De plus, ces caractéristiques anatomiques, physiques et mécaniques ont été étudiées sur des échantillons de même provenance permettant ainsi de mettre en évidence les relations entre celles-ci. La masse volumique du bois et la structure anatomique ont été déterminées respectivement par densitométrie aux rayons X et à l’aide du logiciel WinCell, cerne par cerne, afin d’obtenir un profil radial dépendant de l’âge cambial. L’angle des microfibrilles a été mesuré par le procédé SilviScan au CSIRO Forestry and Forest Products Department, Australie, et les propriétés mécaniques ont été mesurées par essais de flexion statique sur des éprouvettes tirées de la moelle vers l’écorce. Les résultats montrent en premier lieu de très grandes variations radiales de la moelle vers l’écorce des principales caractéristiques du bois dont certaines (surface des cernes, masse volumique maximale des cernes, angle des microfibrilles, module d’élasticité) caractérisent la transition entre le bois juvénile et le bois mature. Ils montrent aussi que la plupart des variations significatives des caractéristiques étudiées concernent les variations en hauteur dans l’arbre plutôt que les variations causées par la densité de peuplement, et que ces variations sont très accentuées dans le bois juvénile. On constate également que la densité de peuplement a un effet plus important sur les caractéristiques de croissance de l’arbre que sur la masse volumique du bois. L’étude de l’âge de transition du bois juvénile au bois mature, calculé à partir du profil radial de la surface des cernes et de la masse volumique maximale des cernes, met en évidence un effet significatif de la hauteur dans l’arbre dont l’effet est de raccourcir la période juvénile de 17 ans en bas de l’arbre à 12 ans en haut de l’arbre. Toutefois, la proportion en volume de bois juvénile, semble présenter peu de variations avec la hauteur dans l’arbre. L’effet de la densité de peuplement n’est pas significatif sur l’âge de transition, par contre on observe une augmentation de la proportion de bois juvénile avec la densité de peuplement. Une analyse statistique utilisant le modèle mixte a montré qu’il y a une grande influence de l’angle des microfibrilles et de la masse volumique des cernes sur les propriétés mécaniques du bois et que la largeur des cernes n’a pas d’influence sur ces propriétés. / Thirty-six black spruce trees were collected in the Chibougamau area, north of Québec City and assigned into three stand density groups according to their local stand density. The trees were cut into three logs of 2.7-m in length from which the upper 30-cm long bolt was sawn and used as the sampling material. The aim of the study was to determine the variations of the wood properties in relation to stand density at different sampling heights. These properties, considered as determinant for wood quality, are wood density, growth rate, shrinkage, mechanical properties and anatomical structure. Moreover, these anatomical, physical and mechanical properties were studied on the same sample in order to highlight the relations among them. X-ray densitometry and the WinCell software were used to determine wood density and the anatomical structure, for each growth ring, in order to obtain a radial profile in relation to cambial age. The microfibril angle was measured by the SilviScan technology at CSIRO Forestry and Forest Products Department, Australia, and the mechanical properties were determined by static bending on specimens taken from pith to bark. The results show a high radial variation of the main wood characteristics from pith to bark where some of them (ring area, maximum ring density, microfibril angle, modulus of elasticity) characterise the juvenile wood to mature wood transition. The results show that most of the significant variation of wood characteristics occurs with sampling height rather than with stand density, these variations being more important in juvenile wood. One observes that stand density has more impact on growth traits than on wood density traits. The study of the transition age from juvenile wood to mature wood calculated from the radial pattern of ring area and maximum ring density, highlights a significant effect of sampling height. This effect results in a reduction of the juvenile period from 17 to 12 years at the top of the tree. Nevertheless, the juvenile wood volume proportion seems to present little variation with sampling height. The effect of stand density on transition age is not significant but it seems that the proportion of juvenile wood is higher in the high stand density group. A statistical analysis by a mixed model showed a strong effect of microfibril angle and ring density on mechanical properties but no significant effect of ring width.

Comprendre les bases génétiques de l'adaptation constitue un objectif important de la biologie évolutive, particulièrement celles reliées aux adaptations au climat, en raison des changements climatiques présents et prédits. Une variation génétique des caractères quantitatifs reliés à l'adaptation selon des gradients géographiques et climatiques a déjà été démontrée chez l'épinette noire (Picea mariana [Mill.] B.S.P.), sans pour autant identifier les variations de l'ADN responsables de ces tendances. Afin de documenter la nature des polymorphismes d'ADN reliés aux adaptations climatiques chez cette espèce, des SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) situés dans des séquences de gènes ont été testés par différentes méthodes, permettant d'identifier des marqueurs ou des régions du génome qui sont sous sélection ou impliqués dans la variation de caractères reliés à l'adaptation. L'étude des niveaux de différenciation génétique entre groupes climatiques de populations pour 583 SNPs de gènes, ayant servi à cartographier le génome de l'espèce, a permis d'identifier 26 polymorphismes reliés à l'adaptation à la température et/ou aux précipitations. Ces SNPs, soumis à une intensité de sélection moyenne mais significative depuis la colonisation postglaciaire, étaient dispersés sur l'ensemble du génome et représentaient une large diversité de familles de gènes dont certaines avaient déjà été relevées dans d'autres études d'adaptation chez les conifères. Des analyses de cartographie de QTL (Quantitative Trait Loci) impliqués dans la variation de la date d'aoûtement ou de la hauteur chez des arbres juvéniles ont également révélé plusieurs régions impliquées dans l'adaptation avec de faibles proportions de variance expliquée par QTL. Par la suite, des tests d'association entre des SNPs candidats et ces caractères ont permis de relier 65% d'entre eux à la variation phénotypique, appuyant leur implication dans l'adaptation. L'étude de la distribution de SNPs neutres à travers l'ensemble de l'aire de répartition de l'épinette noire au Canada a permis d'identifier trois lignées glaciaires et leurs zones de contact. Des analyses d'identification de SNPs reliés à la variation climatique ont été menées indépendamment dans les deux plus grandes lignées glaciaires et ont démontré que l'histoire démographique reliée aux événements glaciaires avait influencé la composition génétique préexistante sur laquelle la sélection naturelle a pu agir ultérieurement.

L'effet des changements climatiques, par le biais d'un modèle éco-physiologique, a été introduit dans des courbes de rendement des strates d'épinette noire en respectant les principes de stratification utilisés lors d'un calcul de possibilité forestière. Un exercice de propagation de l'incertitude été fait afin de déterminer la capacité à observer une différence significative entre les prédictions faites à partir des courbes de croissance sous les changements climatiques et celles actuellement utilisées. Cet exercice a permis de voir qu'il est probable à 67% d'être en mesure de détecter l'effet des changements climatiques. Par contre, un doute subsiste étant donné les multiples sources d'erreur non-considérées. Les gestionnaires de la forêt devront considérer leur degré de confort avec ce niveau de risque afin de déterminer ce qui devra être fait par la suite, à savoir améliorer la méthodologie actuelle ou changer l'actuelle approche du rendement soutenu.