Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017 / La construction d’un champ de canneberge nécessite la mise en place d’un système de drainage et une modification de la stratification naturelle du sol qui peuvent induire une anthropomorphisation rapide de ce dernier. La consolidation induite par les cycles accélérés de drainage et de recharge de l’eau du sol; la filtration et le colmatage des pores du sol par des particules colloïdales, accélérées par ce mode de gestion de l'eau, vont modifier les propriétés hydrauliques du sol. Ceci peut affecter l’efficacité du drainage et par conséquent le rendement de la cannebergière. Les objectifs de ce projet de doctorat étaient d’avancer les connaissances sur: (i) les processus hydrodynamiques régissant les mécanismes de transport dans les champs de canneberge; (ii) l’évolution génétique d’un sol de canneberge et ses effets sur la capacité de drainage; et (iii) l’identification des paramètres/processus les plus sensibles à la genèse du sol accélérée par les pratiques de gestion de l’eau. Au court de ce projet une caractérisation exhaustive de profils de sol a servi à classifier et proposer une nouvelle norme de drainage. Plusieurs expériences en laboratoire et aux champs ont été réalisées afin de déterminer le rôle de la migration de particules fines et de la consolidation du sol sur l’évolution des propriétés hydrauliques. De plus, ce projet a permis de mettre au point une méthode de prédiction des propriétés hydrauliques basées sur l’utilisation d’un tomographe permettant de prédire l’évolution spatio-temporelle des propriétés hydrauliques à de très grandes résolutions. Conjointement aux travaux pratiques, les résultats de travaux de modélisation hydrologique et d’analyses de sensibilité ont permis de déterminer les conditions d’hétérogénéité de sol les plus critiques causant un drainage inadéquat. Les résultats de cette étude ont révélé l’existence de problèmes de drainage liés à la genèse anthropique d’un horizon ayant des propriétés hydrauliques restrictives et permis de quantifier l’impact de la migration et de la consolidation sur l’altération des propriétés hydrauliques. L’ensemble des connaissances acquises par ce projet illustre qu’une genèse anthropique d’un sol de canneberge affecte la capacité de drainage et que celle-ci se produit dans les premières années d’implantation d’un champ. L’acquisition de connaissances sur les mécanismes de genèse anthropique permet désormais de prévoir l’évolution des sols selon plusieurs conditions et de mieux anticiper et contrôler leurs futurs effets négatifs sur la production de canneberge par l’implantation de stratégies de conservation des sols. / The construction of a cranberry field requires the establishment of a drainage system and a modification of the natural soil stratification that can induce rapid anthropomorphization thereof. Consolidation induced by accelerated cycles of drainage and recharge; filtration and clogging of soil pores by colloidal particles, accelerated by the water management, will change the soil hydraulic properties. This can affect the efficiency of drainage and therefore the productivity of the cranberry fields. The objectives of this PhD project was to advance knowledge on: (i) the hydrodynamic processes governing the transport mechanisms in cranberry fields; (ii) the genetic evolution of a ground cranberry and its effects on the drainage capacity; and (iii) identification of parameters / the most sensitive processes in soil formation accelerated by water management practices. During this project, a exhaustive characterization of soil profiles was used to group and propose a new standard for evaluating the drainage. Several laboratory experiments and field were conducted to determine the role of migration of fines particles and soil consolidation on the evolution of hydraulic properties. In addition, in this project we have developed a method for predicting the hydraulic properties based on the use of tomography to predict the spatiotemporal evolution of the hydraulic properties at very high resolutions. Together with the practical work, the results of hydrological modeling and sensitivity analysis were used to determine the most critical soil heterogeneity conditions causing inadequate drainage. The results of this study revealed the existence of drainage problems related to anthropogenic genesis of a horizon with restrictive hydraulic properties and quantified the impact of migration and consolidation of alteration of hydraulic properties. All the knowledge gained through this project shows that anthropogenic genesis of a soil of cranberry field affect the drainage capacity and that it occurs in the first years of implementation of a field. Acquiring knowledge on anthropogenic genesis mechanisms now allows to predict the evolution of soils according to several conditions and better anticipate and control their future negative effects on cranberry production through the implementation of soil conservation strategies.

En raison de la compétition grandissante pour l’utilisation des ressources limitées en eau de surface entre les secteurs domestique, industriel, commercial et agricole, le développement de pratiques d’irrigation visant à rationaliser l’utilisation de l’eau revêt une importance capitale. Le fraisier à jour neutre est une culture considérée exigeante en eau et en fertilisants. Cette culture est majoritairement irriguée à l’aide de systèmes goutte-à-goutte, systèmes pour lesquels la régie de l’irrigation requiert un niveau de compétence élevé et une attention constante, sans quoi les risques de diminution de productivité et de perte d’eau sous la zone racinaire sont importants. L’objectif de cette étude est la détermination des paramètres optimaux de configuration et de régie de l’irrigation goutte-à-goutte du fraiser par une approche expérimentale et par modélisation numérique. Le premier volet de cette étude présente des expériences à grande échelle réalisées sur des sites présentant des conditions culturales, des climats et des types de sol contrastants. L’objectif de ces expériences était la détermination de seuils de déclenchement de l’irrigation basés sur la mesure du potentiel matriciel pour optimiser le rendement ainsi que l’efficacité d’utilisation de l’eau d’irrigation. Ces expériences ont été réalisées selon des dispositifs en blocs complets aléatoires sur quatre sites. Deux sites étaient localisés au Québec et deux en Californie. Pour les sites du Québec, il a été démontré que l’influence du seuil d’irrigation sur les rendements était limitée, mais que la régie basée sur le potentiel matriciel permettait de diminuer le lessivage sous la zone racinaire. Pour chacun des sites de Californie, des seuils d’irrigation permettant d’obtenir le meilleur compromis entre le rendement et l’efficacité d’utilisation de l’eau ont été déterminés. L’ensemble de ces expériences suggère qu’un seuil de déclenchement de l’irrigation de -10 kPa soit adapté à la majorité des conditions culturales. Le second volet de cette étude explore simultanément les effets de l’échelle de gestion de l’irrigation et de la méthode d’application de l’eau sur le rendement et l’efficacité d’utilisation de l’eau. Cette expérience a été réalisée au Québec, pour un loam limono-argileux présentant une proportion élevée de fragments rocheux. Les résultats obtenus ont permis de démontrer que la variabilité des propriétés du sol du site à l’étude ne présentait pas de structure spatiale permettant l’établissement de zones pour lesquelles une régie locale de / Because of the growing competition for limited water resources between the domestic, industrial, commercial and agricultural sectors, the development of water-efficient irrigation practices is very important. Day-neutral strawberry is considered a crop with high water and fertilizers requirements. This culture is mainly irrigated with sub-surface drip irrigation systems for which irrigation management requires a high skill level and a constant attention. Otherwise, the risks of productivity losses and deep percolation of water are substantial. The objective of this study is the determination of optimal drip-irrigation system configuration and management parameters for strawberry production through experimental and numerical modelling approaches. The first part of this study describes production-scale experiments conducted at sites with contrasting cropping systems, climatic conditions and soil types. The main objective was the determination of optimal matric potential-based irrigation initiation thresholds with respect to crop productivity and water use efficiency. Randomized complete blok experiments were conducted at four sites. Two sites, (one silty-clay loam and one clay loam) were in the Province of Québec, Canada and two (one sandy loam and one clay loam) in California, USA. For the first sites, the effects on yield and water use efficiency of the irrigation thresholds were limited but matric potential-based management resulted in a reduction of deep percolation. For the Californian sites, the results showed that a threshold in the -15 to -10 kPa range lead to significant increases in crop yield and water use efficiency. Altogether, it was shown that an irrigation initiation threshold of -10 kPa was a suitable value for most soils and climatic conditions. The second part of this study simultaneously explored the effects of irrigation management scale and water application method on crop yield and water use efficiency. A field experiment was conducted in the Province of Québec; the soil type was a silty-clay loam with an important proportion of coarse rock fragments. The results showed that the soil hydraulic properties did not present any structured spatial patterns that could be used to delineate irrigation management zones. Physically based calculations of a critical matric potential in the root zone allowed to evaluate the magnitude of the differences in soil hydraulic properties required to justify a site-specific irrigation. The significant positive impact of a pulsed water application on crop yield and water use efficiency was also demonstrated. For the third part of this study, an approach allowing the simultaneous optimization of drip-irrigation system design and management parameters for strawberry production in a coarse soil was developed. A numerical model was used to predict the impacts of design and management parameters on 1) root uptake efficiency 2) applied irrigation water and 3) percolation below the root zone. The model was calibrated and validated with field observations of the root zone soil water potential. A sensitivity analysis allowed to evaluate the relative impacts of design and management parameters on single model outputs and on an optimization criterion calculated from multiple outputs. The results showed that the selection of an adapted application rate and irrigation duration had much more influence on model outputs than the irrigation threshold. Model predictions were used to identify optimal scenarios for the studied site and assess the potential of an alternate system configuration. The approached presented could be adapted to other cropping systems.

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.

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.

Le syndrome métabolique (SMet) est un ensemble de perturbations métaboliques pouvant entrainer le développement de maladies inflammatoires telles que les maladies cardiovasculaires (MCV) ou le diabète de type 2 (DT2). L’un des critères de définition du SMet est la présence d’une obésité abdominale. Etant donné que l’obésité abdominale est très fréquemment associée au SMet, il est important d’approfondir les connaissances sur les mécanismes reliant ces deux conditions. L’obésité et le SMet sont accompagnés d’une inflammation chronique. L’alimentation est un moyen efficace de moduler l’état inflammatoire d’un individu. L’objectif général de ce projet de doctorat est d’étudier le phénomène inflammatoire lié à l’obésité grâce à l’utilisation de diverses méthodes « OMIQUES ». Dans le cadre de cette thèse, un échantillon d’individus comprenant 65 personnes non-obèse et sans SMet, 83 personnes obèses sans SMet ainsi que de 46 personnes obèses avec le SMet a été sélectionné. Une analyse des métabolites plasmatiques a été réalisée. Les personnes obèses, indépendamment de la présence du SMet avaient un profil en métabolites différent des individus non-obèses. La présence du SMet semblait cependant empirer le profil métabolomique des patients obèses. Par la suite, nous avons entrepris de tester les effets des acides gras n-3 sur l’inflammation. L’action anti-inflammatoire des acides gras n-3 d’origine marine, l’acide éiocsapentaénoique (AEP) et l’acide docosahexaénoique (ADH), est reconnue. La consommation de ces derniers est associée à des effets bénéfiques sur les maladies inflammatoires chroniques. Cependant, les mécanismes moléculaires sous-jacents aux effets anti-inflammatoires de ces acides gras n-3 sont encore peu connus. Nous avons donc testé l’effet de différentes doses d’EPA et de DHA, sur l’expression de gènes inflammatoires, dans des macrophages de type THP-1. Globalement les résultats suggèrent que l’EPA et le DHA modulent l’expression des gènes de l’inflammation de manière spécifique et dose dépendante. / The metabolic syndrome (MetS) is a cluster of metabolic disorders, which are associated with an increased risk of type 2 diabetes and cardiovascular diseases. One of the MetS criterions is the presence of abdominal obesity. Since abdominal obesity is associated with MetS, it is important to understand the mechanisms that link these two conditions. A chronic inflammatory state is common among people suffering from obesity and MetS. Modulating the diet is an effective way of reducing this chronic inflammation. The overall global purpose of this PhD project was to study the inflammatory process using OMICs. The sample of participants was composed of 65 subjects of normal weight (NW) without MetS, 83 overweight/obese (Ov/Ob) subjects without MetS and 46 subjects of Ov/Ob with MetS. An analysis of plasma metabolites was done for each participant. Ov/Ob participants, independently of their MetS status had a different metabolite profile from NW participants. The MetS seems to worsen metabolite profiles.Then, we tested the effects of n-3 fatty acids (FAs) on inflammation. The anti-inflammatory action of n-3 FAs eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) are well known. However, their mechanism of action is not fully understood. We tested the effect of different doses of EPA and DHA on the expression of genes involved in inflammation in THP-1 macrophages. The results suggest that EPA and DHA regulate the expression of genes involved in inflammation in a dose and FAs n-3 dependant manner.

Québec est le deuxième producteur mondial de canneberge (Vaccinium macrocarpon Ait.) après le Wisconsin et le premier en production biologique. La fertilisation est un outil de gestion déterminant pour atteindre de hauts rendements en fruits de bonne qualité. Notre objectif était de calibrer le dosage de la fertilisation de la canneberge dans des systèmes de production conventionnelle et biologique. Quatre essais de fertilisation comprenant chacun 18 traitements répétés deux fois ont été menés avec le cv. « Stevens » établi sur des parcelles permanentes. Il y avait cinq doses de N, trois de P, quatre de K, et deux de Mg, Cu et B, et un témoin sans apport. Le climat a influencé le rendement. En 2015, où le rendement était plus faible, la température moyenne de la saison était plus froide qu’en 2014, particulièrement en juin lors de l’induction florale dans les bourgeons terminaux nouvellement formés. Le rendement en fruits a été influencé uniquement par les traitements N et K. Le nombre de fruits par tige, la nouaison et le poids des fruits ont été les paramètres de rendement réagissant de la façon la plus cohérente aux traitements N. La nouaison a été réduite de 31% en 2015 par rapport à celle de 2014 avec le traitement de 60 kg N ha ⁻¹. Le nombre de fruits par tige a été le facteur le plus étroitement relié au rendement de la canneberge au fil des ans (R2 = 0,87). Le poids des fruits tendait à se stabiliser avec 30 kg N ha⁻¹ en 2014 et 2015, et avec 33 kg de K ha⁻¹ en 2015. Les doses de 45 kg N ha⁻¹ et de 100 kg de K ha⁻¹ apparaissaient suffisantes. Les ajouts de P, Mg, Cu et B n’ont montré aucun effet significatif sur le rendement de la canneberge. Ces résultats indiquent que la fenêtre de fertilisation azotée est étroite et que la P et K peut être basée non seulement sur l’analyse du sol, mais aussi sur le rendement potentiel et le concept d’enrichissement et d’entretien. / Québec is the second cranberry (Vaccinium macrocarpon Ait.) producer in the world after Wisconsin and the first one of organically produced cranberry. Fertilization is a key management tool to reach high fruit yield and good quality. Our objective was to calibrate cranberry fertilization in conventional and organic production systems. Four fertilization trials each comprising 18 treatments twice replicated were conducted with cv. “Stevens” established on permanent plots with five N, three P, four K, and two Mg, Cu and B doses, including controls. Climate was a major factor controlling yield. Year 2015, where berry yield was lower, the average temperature of the season was cooler than 2014, especially in June where blossom induction started in the newly forming terminal buds. Fruit yield was influenced only by N and K dosage. The berry count per uptight, fruit set and berry weight were the most consistent yield parameters in response to N treatments. Fruit set was reduced by 31% in 2015 compared to 2014 in the 60 kg N ha ⁻¹ treatment. The berry count per fruiting upright was the factor most closely related to berry yield across years (R2 = 0.87). Berry weight tended to stabilize at 30 kg N ha⁻¹ across years and at 33 kg K ha⁻¹ in 2015. There was no significant effect of added P, Mg, Cu and B on berry yield. Nutrient supply was sufficient with 45 kg N ha⁻¹ and 100 kg K ha⁻¹. Those results indicated narrow window for N fertilization and supported P and K fertilization based on soil test, yield potential, and the buildup and maintenance concept.

Au contraire du Camembert traditionnel, la pré-acidification du Camembert stabilisé est limitée par l’inoculation des bactéries lactiques thermophiles à une température inférieure à celle de leur croissance optimale (35-39 °C). Geotrichum candidum est une levure essentielle pour l’affinage du fromage Camembert grâce à ses activités biochimiques. En outre, quelques études ont rapporté que cette levure a été détectée dans les fèces humaines suite à la digestion du Camembert. Cette présence pourrait être due soit à la résistance intrinsèque des souches de G. candidum ou en lien avec les propriétés protectrices de la matrice fromagère. L’objectif de notre étude était d’examiner l’effet protecteur procuré à la souche G. candidum LMA-1028, par les propriétés de la matrice du fromage Camembert pendant la digestion statique in vitro. Afin d’y parvenir, deux matrices liquides (i.e. lait 3,25 % matières grasses et un milieu de culture) ainsi que deux matrices fromagères (i.e. Camembert traditionnel et Camembert stabilisé) ont été analysées. La survie de G. candidum et la désintégration de matrices étudiées ont été évaluées à différents temps de digestion aux étapes buccale, gastrique et duodénale. La désintégration du lait et du milieu de culture était plus élevée que celle des matrices fromagères en raison de leur structure liquide. La désintégration du Camembert stabilisé est plus importante que celle du Camembert traditionnel, ceci pourrait être attribué entre autres à une composition en lipides plus élevée. Globalement, la teneur en matière grasse des matrices laitières contrôle la progression de la désintégration. Lors de la digestion in vitro, la survie de G. candidum a été évaluée. Les résultats sur la viabilité de G. candidum LMA-1028 ont montré que cette souche est hautement résistante. La composition, la structure et les propriétés physicochimiques des matrices laitières n’ont pas amélioré la viabilité de G. candidum LMA-1028 pendant le transit gastro-intestinal. / Compared to traditional Camembert-type cheese, stabilized Camembert’s pre-acidification is limited using thermophilic lactic acid bacteria that are inoculated and used under their optimal growth temperature (35-39 °C). Geotrichum candidum is an essential ripening yeast of Camembert cheese due to its biochemical activities. Incidentally, it has been detected in human feces after Camembert consumption. However, this observation could be due either to the intrinsic G. candidum resistance to the gastrointestinal condition or to the protective properties of the Camembert cheese matrix. This study examines the putative protective effect of the cheese matrix on G. candidum LMA-1028 viability during static in vitro digestion. For this purpose, two liquid matrices (i.e. culture medium and pasteurized whole milk (3.25 %fat)) and two Camembert-type cheese variety (i.e. traditional and stabilized) were analyzed. G. candidum LMA-1028 survival under digestive stress was investigated at five digestion times (oral: 2 min, gastric: 60 and 120 min and duodenal: 60 and 120 min), while matrix disintegration was evaluated at three times (oral: 2 min, gastric: 120 min and duodenal: 120 min). Milk and culture medium matrices displayed higher disintegration than cheese matrices due to their liquid nature. The lowest measured disintegration of traditional Camembert compared to stabilized cheese matrix could be attributed to the higher fat content. Overall, dairy matrices disintegration was significantly modulated by the matrix fat content. The structure of the casein networks of milk and Camembert cheeses appears to modulate the accessibility of digestive juice into these matrices during gastric digestion. The difference in the original structure of both Camembert cheese matrices led to different rates of gastric disintegration and resulted in different rates of fat release. When comparing viability counts, G. candidum LMA-1028 showed a high intrinsic resistance to simulated gastrointestinal stresses. Camembert cheese matrices as well as milk didn’t bring additional protection to the studied strain LMA-1028.

L'industrie bovine est un secteur de grande importance au Canada. En effet, à elle seule l'industrie laitière canadienne représentait un chiffre d'affaires de 15.7 milliards de dollars pour l'année 2013 (commission canadienne du lait). L'industrie laitière canadienne est reconnue pour la qualité génétique supérieure de son cheptel bovin, de même que pour ses programmes génétiques laitiers (c'est à dire les programmes de contrôle laitier et les programmes d'enregistrement du bétail laitier et de la classification pour le type). Le Canada détient 41 % du marché mondial d'exportation (2008) de bovins reproducteurs de race pure et d'embryons. La race holstein est la race laitière la plus importante (92 % du cheptel laitier). Les semences de bovins laitiers canadiens ont été exportées vers 84 pays différents principalement vers les États-Unis, les Pays-Bas, le Japon et l'Espagne. Le Canada est à l'avant-garde des nouvelles technologies en matière de génétique laitière. Grâce au génotypage, les généticiens peuvent déterminer le profil d'ADN d'un animal et produisent actuellement des évaluations génomiques pour plus de 60 caractères différents. Depuis août 2009, le Réseau laitier canadien (RLC) publie des évaluations génomiques qui combinent la valeur génomique directe (VGD) d'un animal avec son évaluation génétique traditionnelle. Pour rester compétitif, le Canada doit rester à l'affut des nouvelles technologies qui permettent de discerner les meilleurs animaux reproducteurs. La demande grandissante pour des animaux de qualité pousse l'industrie à utiliser les animaux de plus en plus jeunes. Il est reconnu que la qualité des gamètes des mâles âgés de moins de 16 mois est inférieure à celle des animaux matures. À ce jour il n'est pas clair si l'utilisation de gamètes immatures peut avoir un impact sur le phénotype des animaux issus de ces gamètes. La génétique permet de donner une information clé qu'an au potentiel reproducteur d'un animal et le génome d'un animal ne varie pas avec l'âge, toutefois il est possible que l'information épigénétique transmise par un gamète imparfait ait un impact négatif sur la descendance. L'étude des patrons épigénétique ainsi que le développement de méthode fiable pour récolter ces informations s'impose. Le réseau embryoGENE a développé une plateforme d'analyse épigénétique permettant d'établir un profil de méthylation de l'ADN à la grandeur du génome. Une lame de micro array comportant plus de 420 000 sondes combinées à une plateforme de bio-informatique permet une résolution sans précédent de l'épigénome bovin. Afin de déterminer si le méthylome des gamètes d'un animal évolue avec le temps. Quatre taureaux ont été récoltés alors qu'ils étaient âgés de 10, 12 et 16 mois. Les échantillons récoltés à 10 et 12 mois ont été comparés à l'échantillon mature (16 mois) afin de déterminer si les profils de méthylation ont varié dans le temps. Un total de 2604 sites différentiellement méthylés ont été détectés entre les échantillons de 10 mois à ceux de 16 mois. Cela démontre que les spermatozoïdes provenant de taureaux âgés de 10 mois n'ont pas un profil mature. Aucune différence significative au niveau des méthylations n'a pu être détectée lorsque l'on compare les échantillons de 12 mois à ceux de 16 mois. L'importance de ces différences pour l'embryon est méconnue. Il est toutefois connu que des altérations dans les marques épigénétiques portées par l'embryon soient à la source de plusieurs pathologies ou défauts embryonnaires. Il est raisonnable de soupçonner que l'utilisation de sperme immature puisse représenter un risque potentiel pour l'embryon.

Le séquençage de nouvelle génération (NGS) a révolutionné la recherche chez les plantes et les animaux de plusieurs façons, y compris via le développement de nouvelles méthodes de génotypage à haut débit pour accélérer considérablement l'étude de la composition des génomes et de leurs fonctions. Dans le cadre du projet SoyaGen, financé par Génome Canada, nous cherchons à mieux comprendre la diversité génétique et l'architecture sous-jacente régissant les principaux caractères agronomiques chez le soja. Le soja est la plus importante culture oléagineuse au monde en termes économiques. Dans cette étude, nous avons cherché à exploiter les technologies NGS afin de contribuer à l'élucidation des caractéristiques génomiques du soja. Pour ce faire, trois axes de recherche ont formé le cœur de cette thèse : 1) le génotypage pan-génomique à faible coût, 2) la caractérisation exhaustive des variants génétiques par reséquençage complet et 3) l’identification de mutations à fort impact fonctionnel sur la base d’une forte sélection au sein des lignées élites. Un premier défi en analyse génétique ou génomique est de rendre possible une caractérisation rapide et peu coûteuse d’un grand nombre de lignées à un très grand nombre de marqueurs répartis sur tout le génome. Le génotypage par séquençage (GBS) permet d'effectuer simultanément l’identification et le génotypage de plusieurs milliers de SNP à l'échelle du génome. Un des grands défis en analyse GBS est d’extraire, d’une montagne de données issues du séquençage, un grand catalogue de SNP de haute qualité et de minimiser l’impact des données manquantes. Dans une première étape, nous avons grandement amélioré le GBS en développant un nouveau pipeline d’analyse bio-informatique, Fast-GBS, conçu pour produire un appel de génotypes plus précis et plus rapide que les outils existants. De plus, nous avons optimisé des outils permettant d’effectuer l'imputation des données manquantes. Ainsi, nous avons pu obtenir un catalogue de 60K marqueurs SNP au sein d’une collection de 301 accessions qui se voulait représentative de la diversité du soja au Canada. Dans un second temps, toutes les données manquantes (~50%) ont été imputées avec un très grand degré d’exactitude (98 %). Cette caractérisation génétique a été réalisée pour un coût modique, soit moins de 15$ par lignée. Deuxièmement, pour caractériser de manière exhaustive les variations nucléotidiques et structurelles (SNV et SV, respectivement) dans le génome du soja, nous avons séquencé le génome entier de 102 accessions de soja au Canada. Nous avons identifié près de 5M de variants nucléotidiques (SNP, MNP et Indels) avec un haut niveau d’exactitude (98,6 %). Ensuite, en utilisant une combinaison de trois approches différentes, nous avons détecté ~92K SV (délétions, insertions, inversions, duplications, CNV et translocations) et estimé que plus de 90 % étaient exacts. C'est la première fois qu'une description complète de la diversité des haplotypes SNP et du SV a été réalisée chez une espèce cultivée. Enfin, nous avons mis au point une approche analytique systématique pour faciliter grandement l’identification de gènes dont des allèles ont fait l’objet d’une très forte sélection au cours de la domestication et de la sélection. Cette approche repose sur deux progrès récents en génomique : 1) le séquençage de génomes entiers et 2) la prédiction des mutations entraînant une perte de fonction (LOF pour « loss of function »). En utilisant cette approche, nous avons identifié 130 gènes candidats liés à la domestication ou à la sélection chez le soja. Ce catalogue contient tous les gènes de domestication précédemment caractérisés chez le soja, ainsi que certains orthologues chez d'autres espèces cultivées. Cette liste de gènes fournit de nombreuses pistes d’investigation pour des études visant à mieux comprendre les gènes qui contribuent fortement à façonner le soja cultivé. Cette thèse permet ultimement une meilleure compréhension des caractéristiques génomiques du soja. En outre, elle fournit plusieurs outils et références génomiques qui pourraient facilement être utilisés dans de futures recherches en génomique chez le soja de même que chez d’autres espèces. / Next-generation sequencing (NGS) has revolutionized plants and animals research in many ways, including the development of new high-throughput genotyping methods to accelerate considerably the composition of genomes and their functions. As part of the SoyaGen project, funded by Genome Canada, we are seeking to better understand the genetic diversity and underlying architecture governing major agronomic traits in soybeans. Soybean is the world's largest oilseed crop in economic terms. In this study, we sought to exploit NGS technologies to help elucidate the genomic characteristics of soybeans. To this end, three main research topics have formed the core of this thesis: 1) low-cost genome-wide genotyping, 2) exhaustive characterization of genetic variants by whole-genome resequencing, and 3) identification of mutations with high functional impact on the basis of a strong selection within the elite lines. A first challenge in genetic or genomic analysis is to make possible a rapid and inexpensive characterization of a large number of lines with a very large number of markers distributed throughout the genome. Genotyping-by-sequencing (GBS) allows simultaneous identification and genotyping of several thousand SNPs on a genome-wide scale. One of the major challenges in GBS analysis is to extract a large catalog of high quality SNP from a mountain of sequencing data and minimize the impact of missing data. As a first step, we have greatly improved the GBS by developing a new bio-informatics analysis pipeline, Fast-GBS, designed to produce a more accurate and faster call of genotypes than existing tools. In addition, we have optimized tools for imputing missing data. For example, we were able to obtain a catalog of 60K SNP markers from a collection of 301 accessions that were representative of soybean diversity in Canada. Second, all missing data (~ 50%) were imputed with a very high degree of accuracy (98%). This genetic characterization was performed at a low cost, less than $ 15 per line. Second, to fully characterize the nucleotide and structural variations (SNV and SV, respectively) in the soybean genome, we sequenced the whole genome of 102 Canadian soybean accessions. We have identified nearly 5M of nucleotide variants (SNP, MNP and Indels) with a high level of accuracy (98.6%). Then, using a combination of three different approaches, we detected ~ 92K SV (deletions, insertions, inversions, duplications, CNVs and translocations) and estimated that more than 90% were accurate. This is the first time that a complete description of the diversity of SNP and SV haplotypes has been carried out in a cultivated species. Finally, we have developed a systematic analytical approach to greatly facilitate the identification of genes whose alleles have undergone a very strong selection during domestication and selection. This approach is based on two recent advances in genomics: (1) whole-genome sequencing and (2) predicting mutations resulting in loss of function (LOF). Using this approach, we identified 130 candidate genes related to domestication or selection in soybean. This catalogue contains all of the previously well-characterized domestication genes in soybean, as well as some orthologues from other domesticated crop species. This list of genes provides many avenues of investigation for studies aimed at better understanding the genes that contribute strongly to shaping cultivated soybeans. This thesis ultimately leads to a better understanding of the genomic characteristics of soybeans. In addition, it provides several tools and genomic resources that could easily be used in future genomic research in soybeans as well as in other species.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018. / La transformation du lactosérum de fromagerie en concentré de protéines du lactosérum dénaturées (CPLD), pour recyclage dans une production fromagère subséquente, est maintenant pratique courante dans l’industrie à grande échelle au Canada. Bien que les CPLD puissent être utilisés comme ingrédients de remplacement de la matière grasse, vu les coûts élevés de la protéine laitière dans le contexte canadien, l’emploi de CPLD vise parfois plutôt à substituer en partie la caséine du lait dans le fromage. Le CPLD ayant servi à réaliser le présent projet représente un CPLD conçu en milieu industriel dans cette optique. De façon générale, l’introduction de CPLD dans le lait de fromagerie est associée à une rétention d’eau accrue dans le fromage et à des changements de texture, mais les mécanismes responsables de ces phénomènes demeurent à clarifier. Cette thèse avait pour but d’étudier et expliquer les conséquences de l’addition de CPLD au lait de fromagerie sur les propriétés physico-chimiques des gels présure et mécaniques du fromage. Une première étude a permis d’évaluer l’effet combiné des niveaux de CPLD et de gras dans le lait de fromagerie sur ses propriétés de coagulation par la présure et la capacité de contraction du gel. L’augmentation du niveau de substitution des protéines du lait par des protéines du CPLD a résulté en une diminution du taux de coagulation et de la rigidité du gel (module d’élasticité - G), ainsi qu’en une diminution de la capacité de contraction du gel. Un effet direct du CPLD sur ces propriétés, au-delà d’un effet attribué à la dilution des caséines, a été mis en évidence. En outre, cette étude a permis de confronter l’effet des agrégats de protéines du lactosérum dénaturées, considérés comme éléments de remplissage des gels, à l’effet d’un autre type d’éléments de remplissage soient les gouttelettes de gras : à fractions volumiques équivalentes, les résultats ont montré des impacts distincts sur les propriétés mécaniques des gels. Une seconde étude a permis d’évaluer l’effet des différentes fractions du CPLD sur les propriétés de coagulation du lait par la présure et la capacité de contraction du gel. Le CPLD a été fractionné par centrifugation et dialyse en trois composantes : agrégats sédimentables, composante non sédimentable et composante diffusible. La composante diffusible (minéraux solubles) n'a pas affecté les paramètres de coagulation et de contraction. Les agrégats sédimentables de même que la composante non sédimentable ont influencé négativement les propriétés de coagulation ainsi que la capacité de contraction du gel. Les résultats ont notamment suggéré que des complexes protéiques solubles (non sédimentables et non diffusibles) retrouvés dans le CPLD puissent interagir avec les micelles de caséine emprésurées et limiter la formation et la contraction du gel. Une troisième étude a permis d’évaluer l'effet du CPLD et de ses fractions sur la composition et les propriétés mécaniques du fromage. La centrifugation a été utilisée pour induire un gradient d'humidité dans le fromage, afin d’isoler la contribution directe du CPLD et de ses fractions aux propriétés mécaniques du fromage. Le rendement et la teneur en humidité du fromage ont augmenté et la rigidité du fromage (module complexe - G*) a diminué avec l’augmentation du niveau de substitution des protéines du lait par des protéines du CPLD dans le lait de fromagerie. Cependant, pour des fromages ayant une même teneur en humidité, l’augmentation du niveau de CPLD n'a pas eu d'effet direct sur les paramètres rhéologiques. Les agrégats sédimentables ont été principalement responsables de l'augmentation du rendement fromager avec l’utilisation de CPLD. Dans l'ensemble, la teneur en humidité a expliqué en grande partie la variation des propriétés rhéologiques du fromage en fonction de la fraction de CPLD. Toutefois, en éliminant l'effet de l'humidité, l'addition des agrégats sédimentables du CPLD a conduit à une augmentation de la rigidité du fromage. Par la mise en évidence de l’effet distinct de chacune des fractions du CPLD, au cours de la transformation du lait en fromage, ces travaux ont conduit à l’identification de mécanismes d’action expliquant l’impact de l’introduction de CPLD dans le lait de fromagerie sur les propriétés des gels présure et du fromage : des connaissances en appui au développement de CPLD de haute performance en fromagerie et à l’amélioration de la qualité du fromage enrichi de CPLD. / Transformation of cheese whey into denatured whey protein concentrate (DWPC) for recycling into a subsequent cheese production is now common practice in large-scale industry in Canada. Although DWPC can be used as a fat replacer, considering the high cost of dairy protein in the Canadian context, DWPC is sometimes used as a substitute for milk casein in cheese. The DWPC used to carry out this project consists in a DWPC designed for this purpose in an industrial context. The introduction of DWPC into cheese milk is generally associated with increased water retention in cheese and changes in texture, but the mechanisms responsible for these phenomena remain to be clarified. This thesis was aimed at studying and explaining the consequences of the addition of DWPC to cheese milk on the physicochemical properties of rennet gels and mechanical properties of cheese. A first study evaluated the combined effect of DWPC and fat concentrations in milk on the rennet-induced coagulation properties and gel contraction capacity. The increase in the substitution level of DWPC proteins for milk proteins in cheese milk resulted in a decrease in coagulation rate and gel rigidity (elastic modulus - G), as well as a decrease in gel contraction capacity. A direct effect of the DWPC on these properties was demonstrated beyond an effect attributed to casein dilution. Moreover, this study allowed to compare the effect of denatured whey protein aggregates to that of fat globules, while both elements are considered to be fillers in rennet gels. For equivalent volume fractions, the results clearly showed different impacts of these fillers on gel mechanical properties. A second study evaluated the effect of different fractions from the DWPC on the rennet-induced coagulation properties and gel contraction capacity. The DWPC was fractionated by centrifugation and dialysis into three components: sedimentable aggregates, non-sedimentable component and diffusible component. The diffusible component (soluble minerals) did not affect coagulation and contraction parameters. The sedimentable aggregates and the non-sedimentable component both negatively influenced the coagulation properties as well as gel contraction capacity. The results suggested that beyond the effect of sedimentable whey protein aggregates, soluble proteinaceous complexes (non-sedimentable and non-diffusible) found in the DWPC could interact with the renneted casein micelles and limit gel formation and contraction. A third study evaluated the effect of DWPC and its fractions on the composition and mechanical properties of cheese. Centrifugation was used to induce a moisture gradient in the cheese to isolate the direct contribution of the DWPC and its fractions to the mechanical properties of cheese. Cheese yield and moisture content increased and cheese rigidity (complex modulus - G*) decreased when the DWPC was substituted for milk proteins in milk. However, for cheeses with the same moisture content, the substitution of DWPC proteins for milk proteins had no direct effect on rheological parameters. The sedimentable aggregates were primarily responsible for the increase in cheese yield with the use of DWPC. Overall, moisture content explained to a large extent the variation in cheese rheological properties depending on the DWPC fraction. However, when the effect of moisture was removed, the addition of the DWPC sedimentable aggregates to milk led to an increase in cheese rigidity. By demonstrating the distinct effect of each of the DWPC fractions during the processing of milk into cheese, this work led to the identification of mechanisms that explain the impact of introducing DWPC in cheese milk on the properties of rennet gels and cheese. These knowledges could support the development of high-performance ingredients that increase whey proteins recovery in cheese and could help to improve the quality of DWPC-fortified cheese.