Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Le fromage Mozzarella entre dans la composition de plusieurs mets populaires d’Amérique du Nord. L’aptitude de ce fromage à être râpé et ses propriétés caractéristiques de cuisson en font un ingrédient idéal. Ces qualités sont attribuées principalement aux propriétés physiques particulières de ce fromage sous certaines conditions de cisaillement et de température. Le but de ce projet était d’évaluer l’impact de différentes stratégies couramment mises en oeuvre dans l’industrie fromagère sur la composition, la microstructure et les propriétés physiques du fromage. Diverses stratégies ont été étudiées : les conditions de filage du caillé lors du procédé de « pasta filata », l’addition de protéines sériques dénaturées, le contrôle de la minéralisation et le vieillissement du fromage. Les résultats ont démontré que le contrôle de l’intensité mécanique et thermique fournie lors du filage permettait respectivement de réduire les pertes de solides et d’améliorer la répartition de la phase aqueuse dans la matrice fromagère. L’aptitude au râpage du fromage peut être optimisée en combinant l’utilisation de plusieurs stratégies dont la réduction du calcium colloïdal, un temps de vieillissement adéquat et un râpage à basse température. Par ailleurs, des changements aux facteurs mentionnés précédemment sont apportés lors de l’ajout de protéines sériques dénaturées, ces dernières ayant un impact sur la composition et la structure du fromage. Des modèles prédictifs de l’aptitude au râpage ont été développés en sélectionnant uniquement les descripteurs de composition et de texture pertinents. La perception sensorielle du fromage cuit sur pizza et les propriétés physiques du fromage fondu ont été considérablement influencées par l'évolution physico-chimique du fromage au cours du vieillissement. L’utilisation d’une nouvelle approche pour la caractérisation des propriétés rhéologiques du fromage fondu sous fortes contraintes a permis d’établir de bonnes relations avec les descripteurs sensoriels de texture. Ce travail a permis de valider l’hypothèse que l’utilisation d’une ou plusieurs stratégies simples et accessibles pouvait être mise de l’avant afin d’optimiser les propriétés physiques du fromage Mozzarella. Cela contribue à une meilleure compréhension des facteurs pouvant être contrôlés afin de développer des fromages avec des attributs spécifiques, lorsqu’utilisés comme ingrédient. / Mozzarella cheese is expected to perform various key attributes when used as a food ingredient. The shreddability and the melting properties of cheese during and after baking are mainly governed by the physical properties of cheese when subjected to external factors such as shear and temperature. Therefore, the goal of this project was to evaluate the impact of cheese-making strategies commonly used in the dairy processing industry on the cheese composition, microstructure, and physical properties. Various strategies were studied: pasta filata process conditions, addition of denatured whey protein (WP-D) to milk, control of curd mineralization, and cheese aging. Results showed that controlling the mechanical and thermal intensity during the pasta filata process can lead to reduced cheese solid losses and a better distribution of water within cheese microstructure, respectively. The ability of cheese to be shredded can be increased using a combination of multiple factors such as lowering colloidal calcium phosphate associated with casein, proper aging, and by reducing cheese temperature before shredding. However, an optimisation of the previous factors should be done if WP-D is added because of its impact on cheese composition and structure. Predictive models to assess cheese shreddability were built using only few relevant compositional and textural descriptors. Sensory perception of baked cheese texture and physical properties of melted cheese were dramatically influenced by the physico-chemical evolution of cheese during aging. Melted cheese texture was satisfactorily related to different sensory attributes using a novel approach to determine the rheological properties under the large stress experienced during mastication. This work validated the hypothesis that simple cheese-making strategies, alone or combined, can be used to optimize the cheese physical properties. This contributes to a better understanding of the factors that can be controlled to improve or develop cheese ingredient with specific attributes.

Geotrichum candidum est une levure couramment utilisée comme ferment d'affinage pour la fabrication des fromages à croûte fleurie et à croûte lavée. Cette espèce, pour laquelle très peu d'études génétiques ont été réalisées, présente un intérêt technologique pour les industries fromagères et productrices de ferments. Les membres de l'espèce arborent une diversité de propriétés morphologiques et physiologiques qui sont souche-dépendantes. Afin d'exploiter cette diversité de façon optimale et de fabriquer industriellement des fromages affinés en surface à saveur et à texture plus traditionnelles, il est donc impératif de pouvoir identifier les souches de G. candidum et de les caractériser. Il existe actuellement un débat concernant l'utilisation de la région ITS de l'ADN ribosomique, tel un code-barres, pour l'affiliation des mycètes. Il était donc important de déterminer si les bases du DNA barcoding s'appliquaient à G. candidum. Le premier objectif a été d'augmenter l'information phylogénétique pour cette espèce en séquençant pour la première fois la région complète du 18S-ITS1-5.8S-ITS2-26S de l'ADNr et ce pour 18 souches. Des hétérogénéités intra-espèce et intra-génomique inhabituelles au niveau de l'ADNr ont été révélées amenant un questionnement sur la robustesse de cette région pour l'affiliation des isolats de cette espèce. Les résultats obtenus suggèrent que les techniques de profilage des communautés de mycètes basées sur l'ADNr doivent être utilisées avec précaution. La diversité des propriétés technologiques des souches de G. candium nécessite une méthode de génotypage discriminante générant des profils génétiques fiables pour la caractérisation des souches. Le premier schéma de Multilocus Sequence Typing (MLST) a donc été développé avec 18 souches en identifiant, puis séquençant au complet, six nouveaux gènes domestiques. Le schéma fut ensuite validé sur 22 souches supplémentaires. Le MLST a permis de révéler au sein de l'espèce G. candidum l'existence probable d'une sous-espèce. Les résultats de l'ADNr et du MLST combinés aux résultats publiés sur la plasticité du génome de G. candidum et la variabilité morphologique des souches révèlent la fragilité des frontières entourant cette espèce. L'affiliation des isolats à cette espèce est un véritable défi phylogénétique qui nous rappelle que finalement les frontières des espèces ne sont pas hermétiques et que la nature ne fait pas de "sauts" dans son processus d'évolution.

La présente étude était divisée en deux volets. Le premier volet consistait à évaluer l’effet sur les rendements d’amandes, de la consommation en eau et de la réponse de ces arbres à quatre traitements de déclenchement d’irrigation. Trois de ces traitements reposaient sur le déclenchement de l’irrigation selon des seuils de potentiel matriciel de l’eau du sol (SWTT) (humide (-35 kPa), modéré (-45 kPa), sec (-55 kPa)) tandis que le quatrième était régi selon les techniques actuelles du producteur basées principalement sur le calcul de l’évapotranspiration de la culture (ETc). L’expérimentation a été menée durant la période de mai à août de 2012 à 2015 sur 16 rangées de 22 arbres d’amandiers de la variété Nonpareil. Les rangées étaient subdivisées en 4 blocs de 4 traitements. Pour chaque traitement du bloc 2, trois tensiomètres étaient installés à trois profondeurs différentes soient à 25, 50 et 50 cm. L’irrigation de chacun des traitements était contrôlée à distance pour ne jamais dépasser le seuil de tension prescrit. Les résultats montrent qu’une gestion d’irrigation basée sur un SWTT de -45 kPa durant la période du début mai à la récolte permettrait d’économiser 20% d’eau d’irrigation sans diminuer les rendements. Ces résultats indiquent aussi qu’une gestion humide (-35 kPa) influencerait tout autant les rendements qu’une gestion sèche (-55 kPa). Le second volet était d’ajuster le seuil optimal de -45 kPa établit au premier volet en fonction de la variabilité spatio-temporelle et des conséquences économiques liées à la mesure de la tension. L’expérimentation de ce volet a été effectuée de la fin juin à la fin juillet 2015 dans un champ de 30 ha. Le dispositif était constitué de 27 stations de 2 tensiomètres (25 et 50 cm) positionnées de manière uniforme dans le champ et les rangées d’arbres de la variété Nonpareil. Les analyses et les simulations indiquent qu’il serait économiquement avantageux d’utiliser 5 stations par champ de 30 ha et d’irriguer lorsque la moyenne des tensions à 25 et 50 cm des 5 stations atteint -45 kPa. / The present study was divided in two parts. The first part consisted in evaluating the effect on almond yield, water consumption and plant response of four different triggering irrigation treatments. Three of these treatments were based on soil water tension thresholds (SWTT) (wet (-35 kPa), medium (-45 kPa), dry (-55 kPa)) whereas the fourth was established according to the current techniques used by the producer which mainly relied on the calculation of crop evapotranspiration (ETc). The experiment was performed over the months of May to August from 2012 to 2015 in 16 rows of 22 Nonpareil almond trees. The rows were subdivided in four blocks of four treatments. Within each treatment of the second block, three tensiometers were installed at three different depths: 25, 50 and 75 cm. Irrigation of each treatment was remotely controlled to never exceed the prescribed SWTTs. The results show that irrigation based on a SWTT of -45 kPa from May to harvest (mid-August) allows saving 20% of water without decreasing yield. These results also indicate that a wet management (-35 kPa) would negatively affect yield just as much as a dry management (-55 kPa). The second part of the study consisted in adjusting the SWTT of -45 kPa found in part one according to spatiotemporal variability and economic aspects related to soil water tension measurement. The experiment was performed from the end of June to the end of July 2015 in a 30-ha field. The trials included 27 stations of two tensiometers (25 and 50 cm) uniformly located throughout the field within tree rows of the Nonpareil variety. The analyses and the simulations indicate that it would be economically advantageous to use 5 stations and to irrigate when the average of the soil water tensions at 25 and 50 cm of the 5 stations reaches -45 kPa.

Les concentrés de protéines de lait sont couramment utilisés comme ingrédients lors de la standardisation du lait de fromagerie. La concentration des protéines est généralement réalisée par ultrafiltration (UF) à l’aide de membranes polymériques ayant un seuil de coupure de 10 kDa, et ce, jusqu’à un facteur de concentration volumique de 3.5X. Dans l’optique d’améliorer l’efficience du procédé d’UF, l’étude avait pour but de caractériser l’impact du mode opératoire (pression transmembranaire constante (465 et 672 kPa) et flux constant) ainsi que la température (10°C et 50°C) sur la performance du système jusqu’à un facteur de concentration volumique de 3.6X. Le module de filtration à l’échelle pilote comprenait une membrane d’UF en polyéthersulfone de 10 kDa d’une surface de 2,04 m2. La performance du système a été caractérisée sur le flux de perméation, la sélectivité et la consommation énergétique totale. L’étude a montré que le flux de perméation était 1,9 fois plus élevé à une température de 50°C comparativement à 10°C lors de l’UF du lait. Le coefficient de rejet des protéines n’a pas été affecté significativement par la pression transmembranaire et la température (P< 0,05). L’effet de la température a été observé au niveau de la teneur en calcium, laquelle était plus élevée de 12% dans les rétentats générés à 50C. La consommation énergétique totale du système d’UF était plus élevée à 10C comparativement à 50C, représentant 0,32±0,02 et 0,26±0,04 kWh/kg rétentat respectivement. Les résultats montrent que le ratio d’efficience énergétique (rapport entre le flux de perméation et la consommation énergétique) optimal a été obtenu à faible pression transmembranaire constante et à 50C. L’approche développée dans le cadre de ce projet fournira des outils aux industriels laitiers pour améliorer l’éco-efficience de leurs procédés de séparation baromembranaire. / The milk proteins concentrates are widely used as a dairy ingredient for cheese milk standardization. Milk protein concentrates are generally produced by ultrafiltration (UF) using polymeric membranes with molecular weight cut-off of 10 kDa, until a volume concentration factor of 3.5X. To improve the efficiency of the UF process, this study aimed at characterizing the impact of operating mode (constant transmembrane pressure (465 and 672 kPa) and constant flux) and temperature (10C and 50C) on the UF system performances during skim milk concentration until a volume concentration factor of 3.5X. A pilot-scale filtration module equipped with a 10 kDa polyethersulfone UF membrane with an effective surface of 2,04 m2 was used. System performance was characterized by the permeation flux, membrane selectivity and the total energy consumption. Experiments demonstrated that the permeation flux was 1,9 times higher at 50C compared to 10C. The protein rejection was not significantly affected by the transmembrane pressure and the temperature (P< 0,05). The temperature had an impact in terms of calcium content, which was 12% higher in the retentate generated at 50°C compared to the one produced at 10C. The total energy consumption was higher during UF at 10°C (0,32±0,02 kWh/kg retentate) compared to 50°C (0,26±0,04 kWh/kg retentate). The results showed that the energy efficiency ratio (ratio of the permeation flux and total energy consumption) was optimal at low constant transmembrane pressure and 50°C. The experimental approach developed in this project provides tools to dairy processors to improve the eco-efficiency of their membrane separation systems.

La caractérisation des interactions protéines/polysaccharides a été réalisée à l’aide d’un système modèle β-lactoglobuline (β-lg)/pectine. Les pH de formation des complexes solubles entre la β-lg et la pectine faiblement ou hautement méthylée (pectine LM ou HM) mesurés par titrage potentiométrique sont de 6,1 et 5,5, respectivement. L’importance des interactions électrostatiques et la présence de liens hydrogène ont été démontrées par la dissociation des complexes en présence d’agents déstabilisants. La constante d’association, la stoechiométrie, la taille du site de liaison et la coopérativité des complexes ont été déterminés sous différentes conditions. Les paramètres d’interaction des peptides β-lg 132-148, 76-83, 41-60 et 1-14 suggèrent l’implication de ces zones peptidiques dans les complexes β-lg/pectine. L’initiation de l’interaction entre la β-lg et la pectine se traduit par la formation de complexes solubles d’origine enthalpique. La neutralisation des complexes induit leur agrégation et leur insolubilisation. Des facteurs d’origines entropique et enthalpique sont favorables à cette agrégation. La séparation de phases observée lors de l’agrégation des complexes s’effectue selon un mécanisme de nucléation et croissance. / The aim of this study was to characterize protein/polysaccharide interactions using the β-lactoglobulin (β-lg)/pectin as a model system. The pH values leading to the formation of soluble complexes (pHc) between β-lg and low or high-methoxyl-pectin (LM- or HM-pectin) measured with titration were 6.1 and 5.5, respectively. The destabilizing effect of sodium chloride, urea and temperature has demonstrated that interactions in the systems are mainly caused by electrostatic forces and, to a lesser extent, hydrogen bonding. Binding parameters of β-lg/pectin complexes were determined using frontal analysis continuous capillary electrophoresis (FACCE). At pH 4, approximately 23 β-lg molecules are cooperatively complexed on LM-pectin, where each β-lg molecule covers an average of 12 D-galA residues. The calculated binding constant is 1431 M-1. The peptides β-lg 132-148, 76-83, 41-60, and 1-14 would be involved in the interaction with the pectin. Isothermal titration calorimetry (ITC) was used to characterize the thermodynamic parameters of β-lg/LM- or HM-pectin complexes. The binding isotherms revealed the formation of soluble intrapolymer complexes further followed by their aggregation in insoluble interpolymer complexes. The soluble complexes were enthalpically driven, whereas enthalpic and entropic factors were involved in the insoluble complexes formation. Static light scattering was used to monitor the phase separation of β-lg/LM and HM-pectin mixtures as they were acidified with glucono-δ-lactone (GDL). This technique was used to confirm the two-step mechanism observed with ITC. The phase separation resulting from complexation was achieved through a nucleation and growth mechanism. The increase of complexation in solution with acidification led to a local ordering of systems. Complex formation through acidification was confirmed using phase contrast microscopy. A better understanding of β-lg/pectin interactions was required to achieve research projects using complexes as food ingredients.

Le but de cette étude était d'évaluer le potentiel antimicrobien de bactériocines pour le contrôle du pathogène porcin Streptococcus suis sérotype 2. Pour répondre au premier objectif de ce projet, la susceptibilité de S. suis à la nisine, une bactériocine produite par Lactococcus lactis, seule ainsi qu'en combinaison avec différents antibiotiques, a été démontré. Pour réaliser le second objectif, la purification et la caractérisation d'une bactériocine produite par une souche non-virulente de S. suis sérotype 2 ont été effectuées. La bactériocine a d'abord été purifiée par HPLC pour ensuite être caractérisée au niveau biochimique, ainsi que génique. Des études plus approfondies permettront d'évaluer la capacité de la nisine, de la suicine 90-1330 ou de leur souche productrice respective à prévenir des infections expérimentales à S. suis chez le porc en vue d'une potentielle application thérapeutique et préventive.

Les concentrés laitiers à haute teneur en protéines (plus de 80% de protéines sur base sèche) sont générés par ultrafiltration (UF) et diafiltration (DF). Des membranes polymériques spiralées en polyéthersulfone de seuil de coupure de 10 kDa sont généralement utilisées en industrie laitière afin de maximiser la rétention des protéines. La baisse des flux de perméation et l’encrassement membranaire sont les principales limites à l’efficience du procédé. Ces inconvénients pourraient être limités par une sélection optimale du seuil de coupure membranaire et de la séquence UF-DF. Ce projet avait pour objectif de caractériser les performances (flux de perméation, résistance hydraulique, composition et consommation en énergie et en eau) de procédés d’UF-DF en fonction du seuil de coupure (10 et 50 kDa) et de la séquence UF-DF (3,5X – 2 diavolumes (DV) et 5X – 0,8DV). Les séquences UF-DF ont été réalisées avec du lait écrémé et pasteurisé au moyen d’un système de filtration pilote opéré à 50°C et à une pression transmembranaire (PTM) constante de 465 kPa. Pour une même séquence UF-DF, il a été démontré que le seuil de coupure n’avait pas d’impact (p>0.05) sur les flux de perméation, qui étaient toutefois significativement plus élevés (p<0.05) à l’étape de DF pour la séquence 3,5X – 2DV. Les données expérimentales de ces essais ont été utilisées dans le cadre d'une simulation pour la production d’un concentré de protéines laitières dans une usine laitière modèle traitant 1500 m3 de lait en 20 heures. Cet exercice a révélé que, malgré la forte baisse du flux de perméation (89% pour la séquence 5X – 0,8DV contre 58% pour la séquence 3,5X – 2DV) survenant lors d'une concentration du lait à haute teneur en solides, limiter l'étape de DF demeurerait bénéfique du point de vue de la consommation en énergie et en eau. Les données générées par ce projet permettront d’outiller les industriels pour leurs choix technologiques quant au niveau de concentration à cibler en lien avec une démarche d’amélioration de l’éco-efficience. / High-milk protein concentrates (over 80% total protein on a dry weight basis) are typically produced by ultrafiltration (UF) with constant-volume diafiltration (DF). Polymeric spiral-wound UF membranes with a molecular weight cut-off (MWCO) of 10 kDa are mostly used at commercial scale in order to maximize protein retention. Flux decline and membrane fouling during UF have been studied extensively and the selection of an optimal UF-DF sequence is expected to have a considerable impact on both the process efficiency and the generated volumes of by-products. The objective of this work was to characterize performances of UF-DF process in terms of permeate flux decline, fouling resistance, energy and water consumption and retentate composition as a function of MWCO (10 and 50 kDa) and UF-DF sequence (3.5X – 2 diavolumes (DV) and 5X – 0.8DV). UF-DF experiments were performed on pasteurized skim milk by means of a pilot-scale filtration system operated at 50°C and under a constant transmembrane pressure (TMP) of 465 kPa. Results showed that MWCO had no impact (p>0.05) on permeate flux for a same UF-DF sequence. However, permeate flux values were significantly higher during DF for the 3.5X – 2DV sequence whatever MWCO (p<0.05). Experimental values were used as part of a simulation for the production of high milk protein concentrates in a model dairy plant processing 1500 m3 of skim milk in 20 hours. This work revealed that despite the severe total flux decline occurring during high solid concentration of milk (89% for the 5X – 0.8DV sequence vs. 58% for the 3.5X – 2DV sequence), reducing the DF step could still be of great interest in terms of energy and water consumption. The results generated by this project will benefit dairy processors producing high-milk protein concentrates with regards with their technological choices in a sustainable development perspective. / Diafiltration

Le tissu adipeux a longtemps été considéré comme un tissu inerte servant uniquement à la mise en réserve et à la libération des acides gras, mais nous savons maintenant qu’il possède une fonction endocrine et inflammatoire, impliquant ainsi ce tissu dans la pathophysiologie de l’obésité. En ce sens, beaucoup d’efforts sont déployés afin de minimiser son expansion, favoriser sa mobilisation ou encore améliorer l’homéostasie de ses fonctions. Notre compréhension de la nature biologique et physiologique du tissu adipeux a grandement évolué au cours des dernières décennies. De nouveaux concepts ont récemment émergé sur le tissu adipeux, notamment en ce qui concerne : 1) sa densité; et 2) sa plasticité. Dans la présente thèse, nous avons abordé ces deux concepts. L’objectif général des travaux était de caractériser les phénomènes entourant la densité et la plasticité du tissu adipeux. Afin de rencontrer cet objectif, nous avons développé une approche méthodologique nous permettant de mesurer l’accumulation des graisses et la densité radiologique du tissu adipeux, aussi appelée l’atténuation radiologique (la capacité du tissu adipeux à bloquer les rayons X) au niveau abdominal par tomographie axiale dans une cohorte de plus de 240 femmes. Nous avons démontré que l’atténuation radiologique des tissus adipeux sous-cutané et viscéral est significativement et négativement corrélée avec la taille adipocytaire dans le dépôt correspondant. De plus, nos résultats ont révélé que les femmes caractérisées par une hypertrophie des adipocytes viscéraux ont un profil lipidique altéré comparativement aux femmes ayant de plus petits adipocytes. Ces différences sont atténuées après un ajustement statistique pour la surface de tissu adipeux et éliminées après un ajustement statistique pour la surface et l’atténuation des tissus adipeux. Nous avons donc démontré que l’atténuation radiologique des tissus adipeux est un marqueur de la taille adipocytaire. Par le fait même, la taille adipocytaire est un intégrateur de la qualité et de la quantité du tissu adipeux. Nous avons étudié la plasticité des cellules de la fraction stroma-vasculaire et des adipocytes du tissu adipeux. D’abord, nous avons utilisé la cytométrie en flux pour caractériser le phénotype des précurseurs adipocytaires de la fraction stroma-vasculaire. Nous avons démontré qu’une souspopulation de précurseurs adipocytaires natifs CD45- CD31- CD34+ expriment le marqueur de surface CD38. Nous avons observé une expression plus élevée des gènes associés à l’adipogénèse dans les précurseurs CD38+ comparativement aux précurseurs CD38-. Nous avons également démontré que le développement de l’obésité par le biais d’une diète riche en gras est associé à une augmentation du nombre de précurseurs adipocytaires CD38+, particulièrement dans le dépôt intraabdominal. Nos travaux suggèrent donc que le CD38 est un marqueur d’engagement vers la ifférenciation adipocytaire. Par ailleurs, nous avons étudié un exemple de la plasticité des adipocytes matures, soit la dédifférenciation. Nous avons utilisé des puces à ADN pour examiner les changements d’expression génique au cours du processus de dédifférenciation. Nous avons observé une diminution de l’expression des gènes associés aux fonctions de l’adipocyte mature et une augmentation de l’expression des gènes associés à la reprogrammation cellulaire, au cycle cellulaire et à la matrice extracellulaire. Par ailleurs, nous avons développé un modèle de culture cellulaire nous permettant de dédifférencier les adipocytes matures et de moduler certains aspects du processus de dédifférenciation. Cela nous a permis de démontrer un rôle pour le sentier métabolique du Transforming growth factor-β dans la modulation de l’expression des différents types de collagène au cours du processus de dédifférenciation des adipocytes matures. Finalement, nous avons effectué des expériences d’immunofluorescence et de microscopie en temps réel afin de caractériser le processus de dédifférenciation des adipocytes matures. Nous avons démontré que la dédifférenciation est complètement inhibée par l’ajout d’agents bloquant la division cellulaire. Nous avons observé la présence d’adipocytes binucléiques au cours du processus de dédifférenciation, ainsi que des marqueurs de mitose. En conclusion, nos travaux ont permis de caractériser deux nouveaux aspects du tissu adipeux qui reflètent des processus biologiques précis qui ont leurs racines dans le cycle de vie de l’adipocyte, dont l’expansion hypertrophique, la prolifération et la différenciation cellulaire, ainsi que la dédifférenciation des adipocytes matures. Ces travaux proposent des avancées significatives dans notre compréhension de la nature dynamique de ce tissu. / Adipose tissue has been considered a passive reservoir for energy, but we now know that it is also a secretory and endocrine organ. Because of increasing obesity rates, a lot of ressources are being committed to prevent adipose tissue accumulation and associated biological effects. In the last years, our advance in the understanding of adipose tissue biology has greatly evolved. New paradigms on adipose tissue have emerged, especially regarding: 1) its radiologic density (or radiologic attenuation); and 2) its plasticity. In this thesis, we studied these two concepts. The overall objective of this thesis was to characterize the phenomena surrounding adipose tissue density and plasticity. To achieve our objective, we have applied methodological approaches that allowed us to measure abdominal adipose tissue accumulation and attenuation using computed tomography in a cohort of 240 women. We showed that subcutaneous and visceral adipose tissue attenuation is negatively and significantly associated with adipocyte size in the corresponding depot. Our results also demonstrated that women with adipocyte hypertrophy are characterized by an altered lipid profile compared to women with smaller adipocytes. Satistical adjustment for visceral adipose tissue area minimized these differences while subsequent adjustment for adipose tissue attenuation eliminated all differences. Our results suggest that fat cell size is a marker of adipose tissue radiologic attenuation and area, and therefore, an integrator of adipose tissue quality and quantity. We also studied the plasticity of the adipocyte precursors contained in the stromal-vascular fraction of adipose tissue and of mature adipocytes. To do so, we used flow cytometry analysis to characterize the phenotype of adipocyte precursors. We demonstrated that a subpopulation of CD45- CD31- CD34+ adipose progenitors express the cell surface protein CD38. These cells have higher levels of adipogenic genes compared to the CD45- CD31- CD34+ CD38- population. When cultivated, CD38+ cells show a greater adipogenic potential than the CD38- cells. We also found that obesity is associated with an increase in the number of CD38+ adipose progenitors, particularly in the intra-abdominal depot. Our results suggest that CD38 is a marker of commitment toward adipogenesis. Furtheremore, we studied the process of mature adipocyte dedifferentiation as a good example of adipose tissue plasticity. We examined changes in gene expression during the dedifferentiation process using microarray analysis. We found a decrease in the expression of genes associated with mature adipocyte functions and an increase in the expression of genes associated with cellular reprogramming, cell cycle and extra-cellular matrix. We have also developed a cellular culture system that allows us to dedifferentiate mature adipocytes and to modulate various aspects of the process. This allowed us to demonstrate a role for the Transforming growth factor β signaling in modulating collagen gene expression during dedifferentiation. Finally, we performed immunofluorescence and time-lapse microscopy experiments to characterize the process of mature adipocyte dedifferentiation. We demonstrated that adipocyte dedifferentiation is completely prevented by agents blocking cell division. We also observed binucleated adipocytes throughout the ceiling culture process and markers of mitosis. In conclusion, our studies allowed us to characterize various novel aspects of adipose tissue related to specific biological process, which have their roots in the adipocyte life cycle. They include hypertrophic expansion, cellular proliferation and differentiation, and adipocyte dedifferentiation. This is of significant importance in our understanding of adipose tissue dynamics.

Contrairement à la croyance populaire, la canneberge ne pousse pas dans l’eau et la gamme de potentiel matriciel de l’eau dans le sol optimale pour la croissance des plants se situe entre −3.0 et −7.5 kPa. Un sol gorgé d’eau et mal aéré diminue la capacité des plants à prélever les nutriments dans le sol et peut augmenter les maladies racinaires. Il est donc primordial d’entretenir un système de drainage efficace afin de maintenir les plants dans un environnement optimal. L’objectif de ce projet était le développement d’une méthode de diagnostic des systèmes de drainage souterrain dans la production de canneberges. Les hypothèses étaient : (a) les variabilités spatiales verticale et horizontale des propriétés hydrodynamiques du sol influence l’efficacité d’un système de drainage et (b) l’étude de données tensiométriques et de l’évolution de la hauteur de la nappe en fonction du temps permet de déterminer l’efficacité d’un système de drainage. Aux étés 2013 et 2014, un dispositif expérimental de suivi de la nappe (puits d’observation, tensiomètres, sondes de pression) a été mis en place sur 21 champs. En parallèle, 960 échantillons de sol ont été prélevés sur huit champs et rapportés en laboratoire afin d’estimer la variabilité spatiale des propriétés hydrodynamiques du sol. Les analyses des données obtenues de vitesse de rabattement de la nappe, conductivité hydraulique à saturation, masse volumique, porosité, rendement, granulométrie, paramètres de rétention en eau et teneurs en eau du sol ont permis de mettre en évidence leur influence sur le rendement et l’efficacité de drainage. En se basant sur des courbes de rabattement de la nappe, la vitesse de rabattement de la nappe et le profil de charge, une charte de diagnostic a pu être développée. Cette charte de diagnostic, à l’issue de quatre grandes questions directrices, permet l’identification d’un possible problème de drainage. / Efficient drainage systems are essential in the development of more intelligent precision irrigation methods in cranberry production. Most cranberry fields are equipped with subsurface drainage systems used for excess water removal and water table control. In fact, cranberry reveals high sensitivity to wet conditions with an important decrease in crop yields caused almost exclusively by dysfunctional drainage systems. Previous works have highlighted the need to improve existing drainage systems. The main objective of this study was to develop a real-time method for assessment of subsurface drainage system performance. The hypotheses were : (a) the vertical and horizontal spatial variability of the hydrodynamic soil properties influence underground drainage system efficiency and (b) the study of tensiometric data and changes in the water table height versus time, allows us to assess drainage system efficiency. During the 2013 and 2014 crop seasons, real-time experimental devices (observation wells, tensiometers, and pressure sensors) were installed in 21 fields (13 in Manseau and eight in the Lac-St-Jean region, Québec, Canada) in order to monitor the water table and soil matric potential. In order to assess the relationship between drainage efficiency and soil properties, 960 undisturbed soil cores were collected over eight fields and brought back to the laboratory for hydrodynamic soil properties characterization. Data obtained from water table drawdown speed, saturated hydraulic conductivity, bulk density, porosity, granulometry, water retention parameters and water contents allowed to highlight their influence on crop yields and drainage efficiency. Based on water table drawdown curve, water table drawdown speed and water height profile, a diagnostic diagram was developed. This diagnostic charter, based on four guiding questions, allows for the identification of drainage problems.

Le séchage convectif est une méthode fréquemment utilisée pour conserver les aliments. Le séchage est affecté par plusieurs phénomènes, tels que la transition vitreuse, le rétrécissement ou la porosité de l’aliment. La qualité du produit sec est souvent moindre par rapport à celle du produit d'origine. La compréhension de la relation de base dans un aliment durant le séchage aidera à mieux contrôler le procédé. Le but de cette étude est d'analyser le rôle de la transition vitreuse, de la porosité, de la structure et de la composition de l’aliment sur le rétrécissement et à valider l'application de la loi de Fick pour la diffusion de l'eau à l'intérieur du produit durant le séchage convectif. Dans le chapitre 1, une revue de la littérature sur le séchage convectif, la transition vitreuse et le rétrécissement, ainsi que des études spécifiques sur le transfert de masse non-Fickien durant le séchage sont présentées. À partir de l'évolution des connaissances dans ce domaine, il a été démontré que la transition vitreuse et la porosité peuvent affecter le transfert de masse, le profil d'humidité et le rétrécissement durant le séchage convectif, en modifiant les propriétés mécaniques de la matrice où l'humidité est transportée, ainsi que la formation de la couche vitreuse à la surface du produit durant des conditions de séchage spécifiques. Dans le chapitre 2, des isothermes de sorption et la température de transition vitreuse de pommes de terre, de carottes (cellulaire) et de deux systèmes de gel (non-cellulaire) ont été déterminées expérimentalement et ont été estimés à l’aide de modèles mathématiques. Les modèles mathématiques de Guggenheim, Anderson, de Boer (GAB) et de Gordon-Taylor (G-T) ont par la suite été utilisés pour représenter respectivement les isothermes de sorption et la température de transition vitreuse en fonction de la teneur en humidité. L'équation de Khalloufi-Ratti (K-R) a été utilisée pour la prédiction de la température de transition vitreuse en fonction de l'activité de l'eau. Une bonne corrélation entre les données expérimentales et les modèles GAB, G-T et K-R a été observée. Les facteurs influençant le rétrécissement durant le séchage ont été analysés dans les deux chapitres suivants, l'un pour les aliments non-cellulaires et l'autre pour les aliments cellulaires. Dans le chapitre 3, l'impact de la transition vitreuse sur le rétrécissement de deux systèmes non-cellulaires durant le séchage convectif a été évalué. Le changement de volume, la porosité, la teneur en eau, la température du produit et les profils d'humidité des systèmes alimentaires non-cellulaires ont été étudiés durant le séchage convectif. La porosité et la réduction de volume en fonction de la teneur en humidité ont été représentées avec une grande précision par les modèles mathématiques développés par Khalloufi et al. Aucune différence significative de porosité et de rétrécissement entre les deux échantillons pendant le séchage n'a été observée. Aucune variation de la pente de la courbe de rétrécissement en fonction de la teneur en humidité durant le séchage n’a été observée Ces résultats indiquent que la transition vitreuse seule n'est pas un facteur déterminant dans les changements de porosité ou de volume pendant le séchage convectif des systèmes alimentaires non-cellulaires. Dans le chapitre 4, le rétrécissement des aliments cellulaires durant le séchage convectif a été analysé. La teneur en humidité initiale de la carotte à l'extérieur et au centre de la racine était identique, tandis que celles de la pomme de terre étaient significativement différentes. Les cellules des échantillons de pommes de terre provenant de la partie extérieure de la racine avaient un volume plus faible avec une teneur en amidon plus élevée que celle provenant de la partie centrale de la racine. La relation entre le rétrécissement de la carotte et la teneur en humidité du produit durant le séchage était linéraire. Pour la pomme de terre, une variation de la pente de la courbe de rétrécissement en fonction de la teneur en humidité durant le séchage a été observée. La température de l'air et la vitesse de l'air n'ont eu aucun effet sur le comportement de rétrécissement des deux produits. De plus, aucun impact significatif de la transition vitreuse sur le rétrécissement des échantillons n'a été observé. La différence au niveau de la teneur en amidon et au niveau de la structure cellulaire, de même que leur impact sur les propriétés mécaniques du matériau ont été identifiées comme étant fort probablement responsables des différences observées au niveau du rétrécissement. Dans le chapitre 5, l'effet de la transition vitreuse sur les profils d'humidité de deux systèmes de gel et de pomme de terre à différentes conditions de séchage a été étudié. Les profils d'humidité des échantillons ont montré une forme carrée au début du séchage. Au stade intermédiaire du séchage, les profils d'humidité sont devenus plus arrondies sur les bords de la matrice comme observé durant le transport Fickian. La loi de Fick a été utilisée pour prédire raisonnablement bien les profils d’humidité de différents matériaux ayant des températures de transition vitreuse différentes et pour différentes conditions de séchage. Mots clés: profil d'humidité, transition vitreuse, rétrécissement, porosité, amidon, propriété mécanique. / Air-drying is a frequent method used to preserve foods. The drying is affected by several phenomena, such as glass transition, shrinkage, or porosity. The quality of an air-dried product is often drastically reduced from that of the original foodstuff. Understanding the basic relationship prevailing during moisture transfer within a food will lead to better process control. The aim of this study is analyze the role of glass transition, porosity, food structure and composition on the shrinkage of food during air drying, and on the application of Fick’s law to the diffusion of water inside the product during the convective drying. In chapter 1, a literature review on air-drying, glass transition and shrinkage phenomenon, as well as specific studies on non-Fickian mass transfer during drying are presented. From the knowledge evolution in this area, it has been shown that glass transition and porosity may impact mass transfer, moisture profiles and shrinkage during air-drying, by changing the mechanical properties of the matrix where moisture is transported, as well by the formation of a glassy layer at the surface of the product during specific operation conditions. In chapter 2, glass transition temperature and sorption isotherms of potato, carrot (cellular) and two gel systems (non-cellular) were determined from experimental data and estimated from mathematical modelling. Guggenheim, Anderson, de Boer (GAB) and Gordon–Taylor (G-T) mathematical models were used to represent sorption isotherms and glass transition temperature, respectively, as a function of moisture content. Khalloufi-Ratti (K-R) equation was used for the prediction of glass transition temperature as a function of water activity. A good correlation between experimental data and GAB, G-T, and K-R models was observed. The study of different factors on shrinkage during drying was analysed in two chapters, for non-cellular and cellular foods. In chapter 3, the impact of glass transition on shrinkage of two non-cellular systems during air-drying was assessed from experimental data and the interpretation of a ‘shrinkage’ function involved in a mathematical model. Volume change, porosity, water content, product temperature and moisture profiles of non-cellular food systems were monitored during convective drying. The porosity and volume reduction as a function of moisture content were captured with high accuracy when represented by the mathematical models developed by Khalloufi et al. No significant differences in porosity and in maximum shrinkage between both samples during drying were observed. No change in the slope of the shrinkage curve as a function of moisture content was perceived. These results indicate that glass transition alone is not a determinant factor in changes of porosity or volume during air-drying of non-cellular food systems. In chapter 4, shrinkage of cellular food during air drying was analysed. The initial moisture content of carrot at exterior and center of the root were identical while those of potato were not. The cells of the exterior potato samples had smaller volume with higher starch content than the center sample. Shrinkage of carrot had a linear relationship with moisture content during drying. For potato, a change in the slope of the shrinkage curve as a function of moisture content during drying was observed. The air temperature and air speed had no effect on the shrinkage behaviour of both products. No significant impact of glass transition on shrinkage of samples has been found. Differences in starch content, in structure of the cellular material and its relationship with mechanical properties of material are probably responsible for the different shrinkage observed. In chapter 5, the effect of glass transition on moisture profiles of two gel systems and potato at different drying conditions was investigated. The moisture profiles of samples showed a sharp form at the beginning of drying. At the middle stage, the moisture profiles became round as indicated in Fickian transport. Fick’s law can be used to predict reasonably well the profiles of different materials having different glass transition temperatures and for different drying conditions. Keywords: moisture profile, glass transition, shrinkage, porosity, starch, mechanical properties.