La bioinformatique constitue un outil de choix dans l'étude des plantes. Lorsqu'utilisées efficacement, la gestion ainsi que l'analyse informatique des données biologiques permettent de réduire considérablement la durée des expériences ainsi que les coûts liés à la recherche tout en élargissant le spectre d'analyses pouvant être effectuées. L'objectif de cette recherche est de définir un protocole efficace utilisant les outils actuels et mettant en oeuvre de nouvelles approches, dans le but de faire le prétraitement, le clustering et l'assemblage d'un ensemble d'EST. Ce mémoire traite des algorithmes et des techniques informatiques utilisés dans l'étude de l'expression différentielle à partir des EST. Les particularités du projet de FGAS sont présentées et une attention particulière est portée sur la manière dont les résultats ont été analysés. À travers la classification en sous-groupes fonctionnels et de l'analyse différentielle digitale, l'identification des gènes potentiellement impliqués dans le phénomène d'acclimatation du blé au froid est effectuée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bioinformatique, Clustering, Assemblage, Expressed Sequence Tags, Tolérance au froid.

Les plantes sont des organismes sessiles, ce qui implique qu'elles doivent passer à travers tous les stades de leur développement au même endroit peu importe les conditions environnementales. La transition de la phase végétative (production de tiges et feuilles) à la phase reproductive (production de fleurs) est une étape cruciale de ce développement. Les facteurs environnementaux tels que la durée de l'ensoleillement, la température, les nutriments et la disponibilité en eau sont des déterminants importants de cette transition, et donc de la floraison. En zones tempérées, la majorité des espèces végétales ont développé des mécanismes d'adaptation leur permettant d'optimiser leur développement en fonction des conditions de température et d'ensoleillement. Des pertes agricoles importantes peuvent être encourues si ces conditions ne sont pas optimales. Le blé est une des espèces céréalières essentielles à cause de son utilisation quotidienne directe et indirecte dans la nourriture de la population humaine mondiale et des animaux. Cette céréale est composée essentiellement de cultivars d'hiver et de cultivars de printemps. Les cultivars d'hiver sont semés en automne et récoltés en début d'été, donc traversant tout l'automne et l'hiver avec le risque de pertes dues au gel. Les cultivars de printemps sont semés au printemps et récoltés en fin d'été avec le risque de pertes dues au gel d'automne et aux attaques d'insectes ravageurs plus abondants à ce moment. La floraison du blé d'hiver requiert une exposition prolongée aux températures basses, un processus appelé vernalisation. Chez le blé hexaploïde (Triticum aestivum L.), le processus de vernalisation est régi par une des voies génétiques qui impliquent trois gènes principaux qui codent pour des facteurs de transcription, Triticum aestivum VERNALIZATION1 (TaVRN1), Triticum aestivum VERNALIZATION2 (TaVRN2) et Triticum aestivum FLOWERING LOCUS T like 1 (TaFT1), également appelé TaVRN3. TaVRN1 et TaVRN3 sont des activateurs de la floraison tandis que TaVRN2 est un répresseur de la floraison. Afin de comprendre la fonction et la régulation de chacun de ces trois gènes dans la floraison du blé hexaploïde, j'ai utilisé une approche génomique (biopuce) combinée à des outils bioinformatiques (analyse de données et de séquences) et une approche de génétique moléculaire (régulation de l'expression génique, épigénétique, et mutagène). Dans une première étude, j'ai testé si VRN2 peut agir comme un répresseur de la floraison chez une espèce de plante différente des céréales tempérées. Pour atteindre cet objectif, nous avons exprimé de façon constitutive chez Arabidopsis thaliana le gène du blé TaVRN2. Les plantes transgéniques obtenues n'ont montré aucune altération de leur morphologie, mais leur date de floraison a été considérablement retardée par rapport aux plantes contrôles. Ces résultats indiquent que TaVRN2, bien que n'ayant pas d'orthologue connu chez les Brassicaceae, agit comme un répresseur de la floraison chez ces espèces. Des études sur la tolérance au gel ont révélé que les plantes transgéniques ont une tolérance au gel plus élevée que les plantes contrôles. Dans l'ensemble, ces données suggèrent que le gène TaVRN2 pourrait moduler des voies de régulation qui régissent le temps de floraison et l'induction de la tolérance au gel. Des études d'expression de la transcription indiquent que l'expression de TaVRN-A1 et TaFT-A1 chez le blé d'hiver est induite par la vernalisation. En utilisant la méthode d'immunoprécipitation sur la chromatine (IPCh ou ChIP) nous avons démontré que cette régulation à la hausse est associée à une augmentation du niveau de méthylation de l'histone-3-lysine-4-triméthylation (H3K4Me3) impliquée dans la régulation épigénétique alors qu'on ne note pas de changement du niveau de l'histone-3-lysine-27-triméthylation (H3K27Me3) à la région promotrice de TaVRN-A1 et TaFT1-A1. Cependant pour les deux marqueurs, leur niveau d'expression est maintenu comparable à la région promotrice TaVRN-B2. H3K4me3 est un marqueur d'activation de la transcription alors que H3K27Me3 est un marqueur de répression de la transcription. Des résultats d'analyses de séquences de promoteur de chaque gène obtenus avec l'utilisation d'outils bioinformatiques révèlent la présence d'éléments cis ciblés par des facteurs de transcription communs chez les espèces de plante qui exigent la vernalisation pour fleurir. Ces données suggèrent l'implication de ces éléments cis ciblés durant la vernalisation. Ces promoteurs possèdent également des éléments de réponse au Polycomb et au Trithorax qui lient les groupes de protéines Polycomb et Trithorax, pour maintenir les états de transcription réprimé ou actif des gènes de développement importants. L'ensemble de ces données indique que la transition de la floraison induite par la vernalisation chez le blé est régulée de façon épigénétique et est médiée par la méthylation des histones au niveau des promoteurs de TaVRN1, TaFT1 et TaVRN2. Ceci peut représenter une partie de la mémoire cellulaire de vernalisation chez le blé. Afin d'étudier l'impact de l'absence du gène VRN1 sur des gènes associés à la floraison, nous avons utilisé une approche génomique basée sur une analyse du transcriptome des plantes d'un mutant mvp-1 (maintained vegetative phase) contenant une délétion de gènes incluant VRN1. Les résultats de cette analyse indiquent que cette délétion conduit à la régulation de 368 gènes. Parmi les gènes hautement régulés, on compte ceux associés à la réponse aux pathogènes (PR) et aux jasmonates. Ces résultats suggèrent que cette délétion dans les plantes du mutant mvp-1 causant l'absence de floraison est associée à l'activation de la réponse moléculaire du mécanisme de défense modulée par la biosynthèse de l'hormone méthyl jasmonate (MeJA). Pour confirmer l'implication du MeJA dans la floraison, nous avons mesuré la teneur en MeJA dans les plantes homozygotes du mutant mvp-1 et des plantes de type sauvage. Le contenu en MeJA était six fois plus élevé dans les plantes du mutant mvp-1 en comparaison du contenu du MeJA dans les plantes de type sauvage. Un traitement avec 150 µM de MeJA sur du blé de printemps hexaploïde (cv Manitou) montre un retard de floraison de deux semaines et une croissance réduite des plantes traitées. Ce retard dans la floraison était associé à la répression significative du gène Triticum aestivum FLOWERING LOCUS T like 1 (TaFT1) supportant ainsi le rôle possible du MeJA dans le contrôle de la floraison. Les résultats obtenus dans le cadre de ces travaux de doctorat montrent l'importance du rôle des gènes VRN1, VRN2 et VRN3 ainsi que de l'hormone MeJA dans la mise en place des mécanismes d'adaptation pour mieux synchroniser la floraison et le développement du blé face aux changements environnementaux. En perspective, cette étude offre des avenues prometteuses afin d'améliorer des stratégies agricoles et la productivité céréalière. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Acclimatation au froid, Biopuce, Blé, Épigénétique, Facteurs de transcription, Floraison, Immunoprécipitation de chromatine, Mutant, Photopériode, Transgénique, Tolérance au gel, Vernalisation.

Afin de s'adapter au froid, les plantes induisent l'expression d'une multitude de gènes qui sont sous le contrôle de plusieurs types de facteurs de transcription. Une des familles qui a été très largement impliquée dans le processus d'acclimatation au froid comprend les facteurs de transcription CBF (C-repeat Binding Factor). Chez le blé hexaploïde, 65 gènes CBF ont été identifiés et classés dans dix groupes de structures différentes. Le but de ce travail est de démontrer une spécificité d'expression des CBF dans les organes de la plante ainsi que dans les tissus et les cellules. L'expression de ces gènes a été induite en soumettant les plantes de blé « Wonder » âgées d'une semaine à une température de 4°C pendant 4h et 28h. Différentes parties de la plante (racines, collets, tiges et feuilles) ont été utilisées afin de détecter la présence des ARNm, en utilisant les techniques d'immunobuvardage de type northern et d'hybridation in situ. Les résultats ont permis d'enregistrer plusieurs types de réponses telle que la réponse transitoire, la réponse constitutive ainsi qu'une spécificité d'expression tissulaire et cellulaire. Parmi les 13 gènes étudiés, on a noté une forte abondance des transcrits CBFIVd-9.1, CBFIIId-12.1, CBFIIId-B19 et CBFIVd-A22 dans les feuilles par rapport à CBFIVc-14.1 qui était plus abondant dans la tige. Par ailleurs, CBFIVd-9.1 était le seul à être exprimé dans les racines. Les profils d'expression des CBF étaient variables entre les gènes des différents groupes et au sein d'un même groupe. Également, des variations d'accumulation des transcrits ont été enregistrées entre les plantes exposées à 4°C pendant 4h et les plantes exposées à 4°C pendant 28h. L'hybridation in situ a montré que l'accumulation des CBF était variable entre les tissus. Ainsi, les transcrits CBFIIId-12.1 sont accumulés dans le mésophylle de la feuille tandis que ceux de CBFIIId-A15 sont spécifiquement retrouvés dans l'épiderme. Ces résultats montrent que les CBF étudiés ont des expressions spécifiques et/ou complémentaires et suggèrent que les mécanismes d'acclimatation nécessitent l'action coordonnée de plusieurs CBF pour le développement optimale de la tolérance au gel. Ils fournissent des informations fondamentales sur l'importance des différents CBF et permettront aux agronomes de mieux sélectionner des variétés de blé à l'aide de marqueurs moléculaires associés aux CBF. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Acclimatation, froid, CBF, facteurs de transcription, blé.

Les CBFs représentent une famille de gènes impliqués dans le mécanisme de résistance de la plante au gel. Chez le blé hexaploïde, Badawi et ses collègues (2007) ont trouvé 37 gènes CBFs qui représentent 15 groupes de gènes différents avec 1 à 3 copies. Ces gènes ont été classifiés en 10 sous-groupes différents en fonction de la structure secondaire de leurs protéines. Les analyses phylogénétiques et bioinformatiques révèlent que le blé hexaploïde pourrait avoir plus de 25 groupes de gènes CBF. Nous avons poursuivi l'isolation de gènes CBF afin d'identifier le répertoire complet de cette famille chez le blé hexaploïde tolérant au gel, Norstar. Nous avons identifié 65 gènes CBF chez le blé. L'analyse phylogénétique des séquences nucléotidiques codant pour le domaine AP2 et la signature CBF révèlent que le blé contiendrait 27 groupes de gènes (avec 1 à 3 homéologues chacun provenant des 3 génomes du blé hexaploïde). L'analyse de leur structure secondaire montre qu'il est possible de classer les protéines CBF en plus de 10 sous-groupes pouvant posséder des fonctions différentes ou complémentaires. De plus, la séquence/structure de plusieurs copies (homéologues) CBF chez le blé hexaploïde dévie de celle conservée dans les autres membres du groupe suggérant que ces protéines peuvent représenter des produits de gènes sub optimaux. Ceci pourrait avoir un impact sur l'activité de ces CBF et affecter la régulation des gènes COR et le développement de la tolérance au gel. En tout, Norstar possède 2 pseudogènes CBF exprimés et 24 des 64 protéines analysées peuvent être considérés comme sub optimales. La présence d'un QTL a déjà été associée avec des gènes CBF chez le blé et l'orge. Comme les CBF peuvent être à la base de cet important phénotype, une hypothèse plausible pour expliquer leur contribution pourrait être que les gènes CBF possèdent des différences moléculaires au niveau des régions codantes qui influencent l'activité biologique des CBF exprimés. Afin de vérifier cette possibilité, nous avons comparé les régions codantes des gènes CBF du cultivar d'hiver Norstar à celles de deux cultivars de printemps, Chinese Spring et Manitou. Les résultats montrent que les deux cultivars de printemps possèdent aussi deux pseudogènes CBFIIIc-13.1 et CBFIVd-B22 mais le contenu et la nature des gènes optimaux et sub optimaux varient. Parfois le gène CBF chez le cultivar de printemps possède une séquence qui est plus proche d'une séquence consensus que celle provenant du cultivar d'hiver Norstar comme observé pour CBFIIId-24.2b, et parfois la séquence dévie du consensus comparativement à celle du cultivar Norstar comme observé pour TaCBFIVb-20b. La présence d'haplotypes différents chez le blé suggère que certains allèles peuvent coder pour des protéines CBF plus optimales au niveau de leur activité biologique et d'autres moins optimales. Il sera important d'étudier l'activité des protéines codées par ces haplotypes afin d'évaluer les variantes qui seraient les plus aptes à être combinés dans un génotype afin d'augmenter la régulation positive du développement de la tolérance au gel. Cette information pourra être utilisée par les sélectionneurs lors de croisements de divers génotypes de blé afin de produire des plantes plus tolérantes au gel. ______________________________________________________________________________

Les plantes sont exposées, à chaque étape de leur cycle de vie, à différents stress abiotiques notamment la sécheresse, le froid et la salinité. Bien que ces différents types de stress aient des effets spécifiques pour chacun d'entre eux, ils ont tous la capacité d'induire un effet commun soit le déficit hydrique qui affecte la croissance et le développement des plantes. Certaines plantes s'adaptent au déficit hydrique en modifiant leurs métabolismes ainsi que l'expression de leurs gènes afin de synchroniser leur développement avec les conditions de stress. Cette modification se traduit par la synthèse de nouvelles protéines, particulièrement régulée par le déficit hydrique, notamment les protéines de type Ap2/EREBP. Chez Arabidopsis thaliana, ces protéines forment une famille de facteurs de transcription de 145 membres. Certains membres jouent des rôles essentiels de régulateur dans plusieurs processus de développement tandis que d'autres sont impliqués dans les mécanismes de réponses des plantes aux stress. Chez les céréales, très peu de gènes Ap2/EREBP avec des fonctions connues ont été identifiés. Ce projet de recherche vise à identifier cette famille de gènes chez le blé hexaploid (Triticum aestivum L.). Le choix de ce type de blé comme modèle d'étude réside dans sa capacité de tolérance au gel et sa grande variabilité de réponses aux stress abiotiques. Le blé est la céréale la plus importante au monde puisqu'il représente environ 73% de la production céréalière mondiale. Il est cultivé dans divers types d'environnements climatiques, de productions et de fermes. De plus, il représente la principale source d'énergie alimentaire, d'emploi et de revenu dans plusieurs pays en voie de développement. Le blé agronomique est plus nutritif et économique qu'Arabidopsis. Cependant, le choix entre les deux espèces est influencé par la taille et la complexité de leurs génomes. Le premier chapitre décrit l'identification, la phylogénie et la localisation chromosomique des gènes Ap2/EREBP du blé. Une approche génomique combinant une recherche de bases de données de séquences suivie d'une analyse bioinformatique, un criblage de banques d'ADNc et des amplifications par réaction de polymérisation en chaîne a permis d'identifier 107 ADNc du blé qui codent potentiellement pour des facteurs de transcription de type Ap2/EREBP. Leur localisation chromosomique montre que ces gènes sont dispersés sur tout le génome du blé. Cependant, quelques gènes de cette famille, appelés CBFs (C-repeat Binding Factors), sont regroupés principalement sur le long bras du groupe de chromosomes 5 et ont été associés directement à des déterminants génétiques (QTLs) contrôlant les réponses aux stress et divers aspects du développement floral. Le deuxième chapitre présente la caractérisation de la sous-famille de gènes CBFs. L'analyse phylogénétique a indiqué que les espèces de blé contiennent au moins 23 gènes différents de type CBF. Chez les Poaceae, les CBFs sont classés dans 10 groupes qui partagent une origine phylogénétique commune et des caractéristiques structurales semblables. Six de ces groupes (3C, 3D, 4A, 4B, 4C et 4D) sont trouvés seulement chez les Pooideae, suggérant ainsi qu'ils représentent les mécanismes de réponse de CBF qui ont évolué récemment pendant la colonisation des habitats tempérés. Les études menées sur le profil d'expression de ces gènes démontrent que 5 des groupes spécifiques aux Pooideae montrent une expression constitutive élevée et une expression inductible par les basses températures chez le cultivar d'hiver. Par contre à des températures modérées, la régulation de l'expression varie en fonction de la période de la journée. L'expression inductible et non héritée au sein des groupes de CBF a possiblement joué un rôle prédominant dans l'aptitude des cultivars d'hiver à tolérer les basses températures et elle est probablement à la base de la variabilité génétique de la tolérance au gel chez les Pooideae. Le troisième article décrit l'identification de deux gènes chez le blé, ICE1-like (Inducteur de l'expression de CBF 1) codant pour un facteur de transcription qui régule l'expression des gènes CBF. TaICE87 et TaICE41 codent pour un activateur de transcription de type MYC-like bHLH. TaICE87 et TaICE41 se lient spécifiquement à différentes séquences de reconnaissance MYC du promoteur de TaCBFIVd-B9. TaICE87 and TaICE41 sont constitutivement exprimés chez le blé et leur surexpression chez Arabidopsis mène à l'augmentation du niveau d'expression des gènes AtCOR et AtCBF3 et de la tolérance des plantes au gel. Ces résultats suggèrent que TaICE87 and TaICE41 sont des orthologues fonctionnels d'AtICE1 et peuvent réguler la transcription d'AtCBF3. La structure complexe des éléments MYC au niveau des promoteurs CBF et la différence d'affinité entre TalCE87 et TalCE41 pour les éléments MYC suggèrent que ces 2 protéines peuvent différentiellement activer CBF chez le blé. En résumé, le clonage de la famille de gènes Ap2/EREBP chez le blé a permis d'identifier et de caractériser les membres CBF régulés par les basses températures. De plus, les résultats de cette étude démontrent que l'expression des gènes CBF est amplifiée chez les Pooideae, suggérant ainsi un rôle plausible dans la tolérance au froid des cultivars d'hiver. L'analyse des gènes CBFs pourrait nous conduire à améliorer la tolérance au gel chez le blé, et par conséquent faciliter l'établissement de nouvelles stratégies visant à améliorer la productivité des céréales et leur adaptation aux changements climatiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Blé, Acclimatation au froid, Tolérance au gel, Facteurs de transcription, Ap2/EREBP.

Afin d’améliorer la tolérance au gel du ray-grass anglais, une sélection récurrente basée sur des stress de congélation réalisés sous des conditions contrôlées, a été effectuée dans deux populations initiales. Les progrès accomplis après quatre cycles de sélection ont été évalués avec des plantes acclimatées sous des conditions naturelles d’endurcissement. Nos résultats indiquent que la sélection récurrente a augmenté la tolérance au gel des populations générées par sélection récurrente. Nous avons également observé des changements significatifs dans la teneur de composés cryoprotecteurs en réponse à la sélection. Les hydrates de carbone et les acides aminés mesurés ont répondu inversement à la sélection. Alors que les populations initiales accumulent davantage d’hydrates de carbone, l’accumulation d’acides aminés prédomine dans les sélections avancées. De plus, l’observation de polymorphismes d’ADN et une différentiation génétique entre les populations initiales et les sélections récurrentes suggèrent l’enrichissement d’allèles à valeur adaptative en réponse à la sélection. / For the improvement of perennial ryegrass freezing tolerance, a recurrent selection method based on freezing stress entirely performed indoors was applied on two initial genetic backgrounds. After four cycles of selection, progresses were assessed in plants cold-hardened under natural variation of temperatures. Our results showed improved freezing tolerance in populations recurrently selected indoors. We also observed significant changes in the levels of cryoprotectants components in response to selection. Non-structural carbohydrates (NSCs) and amino acids levels showed an opposite response to selection. Whereas NSCs levels were higher in the initial populations, amino acids were more abundant in the advanced selections. Moreover, the observation of DNA polymorphisms and the progressive genetic differentiation between the initial populations and the recurrent selections suggest an enrichment of adaptive alleles in response to selection.

L'impact des conditions estivales de croissance (défoliation, stress hydrique, carence azotée) sur la résistance au gel des différents organes de l'arbre, en liaison ave c leur statut carboné, a été étudié chez le noyer (Juglans regia). La comparaison de plusieurs méthodes estimant la résistance au gel montre que GélistaTM, une nouvelle technique pour estimer l'endurcissement au gel à partir des variations de diamètre des rameaux, indique seulement une gamme de sensibilité au gel. Le test de fuite des électrolytes montre une plus grande sensibilité dans la détermination de la température de résistance au gel. Ensuite, l'étude des corrélations entre le LT50 et les différentes variables (sucres solubles, humidité pondérale et moyenne des températures minimales journalières sur les 15 jours qui précèdent le prélèvement) a permis de construire un modèle simple pouvant prédire le niveau de résistance au gel des rameaux d'un an pour deux variétés de noyers adultes (Franquette et NG38). L'étude du développement aérien végétatif montre que le potentiel d'adaptation (plasticité morphologique) des arbres aux contraintes culturales est plus faible en fin de saison estivale de croissance. Les traitements ont eu un impact sur la structure, la biomasse totale et structurale, ainsi que sur les réserves glucidiques. En général, les traitements ont provoqué une diminution plus ou moins forte de la mise en réserve glucidique dans les différents organes. Par ailleurs, l'analyse des impacts des conditions estivales de croissance sur la résistance au gel a mis en évidence une correlation forte et négative entre le LT50 et la teneur en GFS dans les organes aériens. Pour les organes souterrains, elle existe également mais elle est plus faible. Enfin, pour les rameaux de l'année, l'ensemble des résultats obtenu sur de jeunes noyers en conteneur a été vérifié sur des noyers adultes.

Un béton exposé à des cycles de gel-dégel peut subir des dégradations généralement identifiées sous deux formes. Le gel interne, d’une part, qui affecte le coeur du matériau et peut aboutir à une microfissuration généralisée de la pâte cimentaire. La sensibilité d’un béton courant à ce mode de détérioration peut être diminuée par la présence d’un réseau de bulles d’air au sein de la pâte cimentaire. L’écaillage, d’autre part, qui est une détérioration de surface. Cette dernière est le plus souvent quantifiée par la perte de masse sur la surface exposée. Cette forme de dégradation est fortement influencée par la présence d’une solution aqueuse proche de la surface de béton exposée et de sa concentration en sels fondants (généralement du chlorure de sodium). Lorsque la formulation d’un béton courant n’est pas adaptée pour résister à ce type d’environnement, les dégradations liées au gel interne et à l’écaillage peuvent pénaliser l’exploitation de l’ouvrage concerné dans des conditions de services attendues. Des essais laboratoire, exposant des corps d’épreuve en béton à des cycles de gel-dégel accélérés, permettent d’évaluer la résistance d’un béton face à ces deux formes de détériorations. La communauté scientifique s’accorde sur les essais permettant de caractériser la détérioration par le gel interne et l’aspect protecteur d’un réseau de bulles d’air. Par contre, l’écaillage est encore abordé par diverses procédures expérimentales qui ne font pas consensus et ont peu évolué depuis le milieu des années 1990 (...) / A concrete submitted to freeze-thaw cycles may undergo damages generally identified under two forms. On one hand, the internal frost affects the whole volume of the concrete. It can resul in generalized microcracks into the ciment paste. The sensibility of a common concrete to this deterioration can be decreased by the presence of a network of air bubbles within the ciment paste. On the other hand, the scaling, is a surface deterioration generaly quantified by the loss of mass from the exposed surface. The scaling is strongly influenced by the presence of a solution and its concentration in salts (generally some sodium chloride), over the exposed concrete surface. When a common concrete is not correctly formulated to resist this environment, its degradation can penalize the exploitation of the concerned structure in expected conditions of services. Laboratory tests exposing bodies of concrete to accelerated freeze-thaws cycles, allow to estimate the concrete resistance when exposed to these two kinds of deteriorations. The scientific community agrees on the internal frost laboratory test and on the protective aspect of a network of air bubbles. But the scaling is still approached by experimental procedures which do not make consensus and have little evolved since the middle of the 1990s (...)

La capacité de déformation améliorée et la résistance à la fissuration par retrait rendent les composites cimentaire caoutchoutés adaptés aux applications de grande surface telles que les chaussées et les rechargements minces adhérents à base cimentaire. Cependant, le défaut d'adhérence entre les agrégats de caoutchouc et la matrice cimentaire, bien connu, demeure nuisible aux propriétés mécaniques et de transferts de ces matériaux. De plus, en raison de la faible rigidité des granulats caoutchouc, il est universellement accepté une réduction de certaines propriétés mécaniques des composites caoutchoutés à base de ciment. Néanmoins, leurs propriétés de transfert pourraient être compétitives avec le mortier à base de granulats naturels si la liaison à l'interface caoutchouc-ciment est améliorée. Afin d'améliorer l'interface, les granulats caoutchouc ont d'abord été revêtus d'un copolymère styrène-butadiène et après densification complète de ce copolymère à la surface des agrégats caoutchouc, ils ont été incorporés au mélange cimentaire. Dans un premier temps, une analyse microstructurale utilisant la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectrométrie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS) et la diffraction des rayons X (DRX) a permis de préciser que la pâte de ciment adhérait fermement aux granulats caoutchouc revêtus de copolymère. Dans un second temps, les propriétés mécaniques et de transfert de ce mortier ont ensuite été comparées à celles du mortier témoin (granulats naturels) et de deux autres mortiers caoutchoutés dans lesquels l'un d'entre eux a été ajouté un désentraineur d'air pour produire un mélange caoutchouté ayant la même teneur en air que le mortier témoin. Les résultats ont démontré une interface améliorée du caoutchouc-ciment fournissant une amélioration significative des propriétés de transfert telles que la perméabilité à l'air et l'absorption capillaire d'eau. Cependant, la diminution des propriétés mécaniques (résistance à la compression et module d'élasticité) demeure en raison de la faible rigidité des granulats caoutchouc. Quant à la résistance à la traction et la résistance résiduelle post-pic témoignent d'une énergie de rupture plus élevées dans le cas de granulats revêtus du copolymère, démontrant un effet de pontage amélioré rendu possible par la liaison entre les granulats caoutchouc et la matrice de ciment. Cet effet de pontage a également contribué à améliorer la résistance des composites caoutchoutés à la fissuration par retrait empêché Afin d'étayer les effets d'une interface caoutchouc-ciment améliorée, la durabilité des mortiers caoutchoutés dans des environnements agressifs a été étudiée. En ce qui concerne l'attaque à l'acide acétique, une faible profondeur dégradée et une réduction de la perte de masse et de résistance à la compression des mortiers caoutchoutés revêtus de copolymère ont été observés par rapport au mortier témoin. Le mortier caoutchouté enduit de copolymère se comporte également mieux en empêchant la diffusion du sulfate de sodium dans le composite. La dégradation des mortiers dans des environnements agressifs a également été évaluée sur la base d'une variable d'endommagement. Il en ressort que les matériaux caoutchoutés revêtus de copolymère étaient plus durables que les matériaux non traités exposés à des environnements agressifs. / Properties of improved strain capacity and high shrinkage cracking resistance make rubberized cement-based composites suitable for large surface applications such as cement-based pavements and thin bonded overlays. However, bond defect between rubber aggregates (RA) and cement matrix is well-known and detrimental to properties of rubberized cement-based materials. It is universally accepted a reduction in some mechanical properties of rubberized cement-based composites mainly due to low stiffness of RA. Nevertheless, their transfer properties could indeed be competitive with control mortar (without RA) if bond at rubber-cement matrix interface is improved. In order to enhance the interface, RA were firstly coated with styrene-butadiene copolymer and after complete densification of this copolymer on surface of RA, they were mixed with the pre-mixed cementitious mixture. Microstructural analysis using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectrometry (EDS), and X-Ray Diffraction (XRD) clarified that cement paste bonded firmly on copolymer-coated RA. Mechanical and transfer properties of this mortar were then compared to that of control mortar and two rubberized mortars in which one of them air-detraining admixture was added to produce rubberized mixture with the similar air content as the control mortar. Findings have demonstrated an enhanced rubber-cement matrix interface provided a significant improvement on transfer properties such as air permeability and water capillary absorption. However, a reduction in mechanical properties (compressive strength and modulus of elasticity) was still observed due to low stiffness of RA. Rubber coating appeared to limit the reduction in tensile strength and to result in a higher residual post-peak strength and fracture energy, demonstrating an improved material bridging effect made possible by the bond between RA and cement matrix. The bridging effect also contributed to improve resistance of rubberized composites to shrinkage cracking even under high restrained conditions. Based on above-mentioned characteristics, the study further investigated the durability of rubberized mortars under aggressive environments to observe the effects of RA incorporation and of an enhanced rubber-cement matrix interface. Regarding acetic acid attack, a low degraded depth and a reduction in loss of both mass and compressive strength of rubberized mortars, especially the one incorporating copolymer-coated RA, were observed compared to the ones of the control mortar. The coated rubberized mortar also behaves better in preventing sodium sulfate diffusion into the composite. The degradation of mortars under aggressive environments was also evaluated based on a damage variable, which was defined as a relative change in equivalent load-resisting area of mortar specimens between their original condition and at a given time when they were exposed to acid or sulfate solutions. From damage variable values, it can be concluded that coated rubberized mortar was more durable than the untreated one against aggressive environments. The durability of untreated and coated rubberized mortars under freeze-thaw cycles was also carried out and compared to that of control mortar. The rubberized cement- based composites were more resistant to freezing and thawing than the control one, especially in terms of dimensional expansion. The better performance can be attributed to high energy absorption of RA and to higher porosity, lower water capillary absorption and high strain capacity of rubberized mortars. Rubber coating, even reducing the permeability of rubberized cement-based composites, still remained high durability of their applications under frost environment.

Un béton exposé à des cycles de gel-dégel peut subir des dégradations généralement identifiées sous deux formes. Le gel interne, d'une part, qui affecte le coeur du matériau et peut aboutir à une microfissuration généralisée de la pâte cimentaire. La sensibilité d'un béton courant à ce mode de détérioration peut être diminuée par la présence d'un réseau de bulles d'air au sein de la pâte cimentaire. L'écaillage, d'autre part, qui est une détérioration de surface. Cette dernière est le plus souvent quantifiée par la perte de masse sur la surface exposée. Cette forme de dégradation est fortement influencée par la présence d'une solution aqueuse proche de la surface de béton exposée et de sa concentration en sels fondants (généralement du chlorure de sodium). Lorsque la formulation d'un béton courant n'est pas adaptée pour résister à ce type d'environnement, les dégradations liées au gel interne et à l'écaillage peuvent pénaliser l'exploitation de l'ouvrage concerné dans des conditions de services attendues. Des essais laboratoire, exposant des corps d'épreuve en béton à des cycles de gel-dégel accélérés, permettent d'évaluer la résistance d'un béton face à ces deux formes de détériorations. La communauté scientifique s'accorde sur les essais permettant de caractériser la détérioration par le gel interne et l'aspect protecteur d'un réseau de bulles d'air. Par contre, l'écaillage est encore abordé par diverses procédures expérimentales qui ne font pas consensus et ont peu évolué depuis le milieu des années 1990 (...)