Le biochar, charbon produit par pyrolyse et utilisé comme amendement, présente plusieurs avantages et s’avère une avenue prometteuse pour une agriculture durable. Cependant, les méthodes de fabrication actuelles, les conditions de pyrolyse et les biomasses utilisées produisent des biochars de qualités très variables qui peuvent affecter différemment la productivité du sol et les rendements de la plante. Actuellement, aucune étude ne permet d’élucider l’influence des propriétés physicochimiques des biochars sur la structure et la diversité des communautés microbienne du sol. Le but de ce projet de doctorat visait à bien comprendre comment les propriétés physicochimiques d’un biochar affectent sa capacité à : (i) réduire les émissions des gaz à effet de serre; (ii) améliorer la croissance de la tomate et du poivron de serre; (iii) améliorer l’efficacité de l’utilisation des engrais et de l’eau; et (iv) modifier la structure et la diversité des communautés bactériennes dans un substrat horticole et dans un sol minéral. Cinq biochars ont été produits et évalués: écorces d’érable pyrolysés à 400°C, 550°C et 700°C, copeaux de pin pyrolysés à 700°C et copeaux de saule pyrolysés à 400°C. Les résultats obtenus ont permis d’identifier les propriétés physicochimiques du biochar responsables de la réduction des émissions en N2O et des apports d’engrais et celles permettant l’amélioration de l’efficacité d’utilisation de l’eau tout en favorisant la croissance de la plante. De plus, les résultats démontrent que l’ajout de biochar peut stimuler certains groupes de bactéries impliqués dans les cycles du carbone et de l’azote et possiblement ceux impliqués dans le développement de la plante. Ces travaux identifient les propriétés physicochimiques importantes des biochars qui pourront mieux guider le producteur agricole et les industries fabriquant des substrats à base de tourbe dans le choix d’un biochar favorable à la croissance de la tomate et du poivron et à une agriculture plus durable. / The biochar, charcoal produced by pyrolysis and used as an amendment, has several advantages and is a promising avenue for sustainable agriculture. However, the production methods, the pyrolysis conditions and the biomass types produce biochars with variable properties which have different effects on soil productivity and crop yields. Presently, there are no studies to elucidate the influence of the physicochemical properties of biochars on the structure and the diversity of soil microbial communities. The purpose of this PhD project was to understand how the physicochemical properties of biochar affect its ability to : (i) mitigate greenhouse gas emissions; (ii) improve growth of greenhouse tomato and pepper; (iii) improve fertilizer and water use efficiency; and (iv) modify the structure and the diversity of bacterial communities in a growing medium and a mineral soil. Five biochars were produced and evaluated: maple bark pyrolyzed at 400˚C, 550˚C and 700˚C, pine chips pyrolyzed at 700˚C, and willow chips pyrolyzed at 400˚C. The results demonstrated that some physicochemical properties are key drivers of the ability of biochars to efficiently mitigate N2O emissions, to reduce fertilizer inputs and to improve water use efficiency while promoting plant growth. Moreover, the results show that biochar amendment can stimulate specific bacterial groups involved in carbon and nitrogen cycles and possibly those involved in plant development. This work identifies key physicochemical properties of biochars that could better guide agricultural producers and industries producing peat-based growing media, in the choice of biochar promoting tomato and pepper growth and contributing to a sustainable agriculture.

En raison de la croissance importante de la demande des consommateurs pour la framboise, la production a connu un essor considérable au cours des dernières décennies. L’augmentation du rendement est une précoccupation des producteurs qui doivent répondre à cette demande. De plus, la croissance des plants de framboise peut être limitée et leur physiologie peut être affectée par des facteurs abiotiques (lumière, température, déficit de pression de vapeur). Dans ce contexte, cette thèse a étudié : 1) les méthodes de culture (la culture en plein champ versus la culture hors-sol, les régimes de fertigation, les substrats et les méthodes de propagation); 2) les effets de l’environnement (e.g. lumière) sur la photosynthèse, la conductance hydraulique du plant et des feuilles ainsi que le rendement en fruits. Notre hypothèse générale en ce sens étant que la surface foliaire élevée des cultures hors-sol de framboisiers pourrait limiter leur rendement en fruit dû à un ombragement excessif des zones fruitières et/ou à un manquement de la capacité hydraulique à rencontrer la demande évaporative. De plus, l’effet de la température foliaire et du déficit de pression de vapeur entre les feuilles et l’atmosphère (VPDleaf) sur la diffusion du CO2 au-delà de la barrière stomatique et du tissu mésophyllien fût étudiée plus spécifiquement pour clarifier notre comprehension de la limitation microclimatique sur la production photosynthétique des framboisiers. La framboise d’été cultivée hors-sol a produit des tiges fructifères (primocanes) plus grandes et d’un diamètre plus élevé durant l’année de végétation ainsi que des rendements supérieurs lors de l’année de fructification. En 2013 et 2014, la croissance des plants, la masse sèche et les rendements de fruits vendables n’ont pas été significativement affectés par les trois conductivités électriques (CE) de la solution nutritive (témoin avec CE de 1,2 Ms/cm , CE inférieure avec 1,2 Ms/cm et 0,8 Ms/cm avant et après le début de la floraison et CE supérieure avec 1,6 Ms/cm et 1,2 Ms/cm avant et après le début de la floraison). En 2013 et 2014, le substrat constitué de biochar et celui constitué de fibres de coco ont occasionné une réduction de la masse sèche des racines des plants en comparaison avec le substrat constitué de tourbe et d’écorce et celui constitué d’un mélange de tourbe. Pour la framboise d’été, les plus grandes primocanes ont été obtenus avec les plants issus de boutures de racines lors de la première année de culture. Par contre, des rendements similaires ont été obtenus lors de l’année de fructification. Pour la framboise d’automne, même si des effets négatifs sur la hauteur des plants et la biomasse ont été observés avec les plants provenant de boutures de racines lors de la première année de culture, le rendement en fruits commercialisables a significativement augmenté. Suite à une défoliation artificielle de 42% des feuilles situées à l’intérieur de la canopée, la photosynthèse sous conditions lumineuses saturantes a augmenté. Par contre, les valeurs estimées de photosynthèse nette cumulative ont été similaires chez les plants témoins et les plants partiellement défoliés. Le rendement total n’a également pas été affecté par la défoliation artificielle. Des expériences complémentaires ont démontré qu’entre 20 et 35 ºC, la conductance du mésophylle au CO2 (gm) et la conductance stomatique (gs) ont diminué significativement. La réduction de gm et gs chez les plants de framboise soumis à une Tleaf (température de la feuille) élevée ou un VPDleaf élevé fut corrélée avec une augmentation significative de l’ABA foliaire. / Due to the rapidly increasing demand by consumers, raspberry production has steadily increased during the last decades. It is becoming a major concern of the producers to efficiently cultivate raspberry and to improve their yield performance to meet this demand. Furthermore, raspberry plant growth and physiology are limited or affected by abiotic factors (i.e. light, temperature, vapour pressure deficit). In this context, this thesis examines: 1) the cultivation methods (soilless cultivation, fertigation regimes, substrates, and propagation methods) that could further improve raspberry production and 2) the effects of environmental factors (e.g. light penetration) on raspberry leaf photosynthetic parameters, leaf/plant hydraulic parameters and fruit production. Our general hypothesis was that the large leaf area index of soilless raspberry hedgerow cultures may limit fruit production due to excessive shading of fruiting points and/or insufficient hydraulic capacity to meet the foliar evaporative demand. Additionally, the effect of temperature and leaf-to-air vapour pressure deficit (VPDleaf) on CO2 diffusion across the stomatal and the leaf mesophyll were studied to improve our understanding of microclimatic limitations on raspberry photosynthetic production. Soilless cultivated summer-fruiting raspberries produced taller primocanes with larger cane diameter in the vegetative year and produced higher yields in the fruiting year. In both 2013 and 2014, plant growth, dry biomass and marketable yield were not significantly affected by the three fertigation schemes (Control: constant irrigation solution EC at 1.2 Ms/cm; Higher EC regime: irrigation solution EC value of 1.6 Ms/cm to 1.2 Ms/cm before and after the onset of flowering, respectively; Lower EC regime: irrigation solution EC value of 1.2 Ms/cm to 0.8 Ms/cm before and after the onset of flowering, respectively). Compared to peat/bark substrate, peat mixed with biochar and coco fibers substrates reduced root dry biomass in 2013 and 2014, respectively. In summer-fruiting raspberry, taller primocanes were obtained with root cutting plants in the first cultivation year, but similar yield was obtained in their fruiting year. In autumn-fruiting raspberry, although negative effects on plant height and biomass were observed with root cutting propagated plants during the first cultivation year, their marketable fruit yield was significantly improved. However, no difference in yield was found in their second year between root cutting and bare-root propagated plants. After 42% of the leaves inside the canopy were artificially removed, light-saturated photosynthesis was improved, but similar cumulative photosynthesis were estimated in both control and partially defoliated plants. Total yield was also not influenced by partial artificial defoliation. Further investigation showed that mesophyll conductance to CO2 (gm) and stomatal conductance (gs) decreased significantly from 20 to 35 ºC. The reduction of gm and gs under high Tleaf/VPDleaf correlated with a significant increase in foliar ABA.

L'urbanisation est l'activité humaine qui contribue le plus à la perte d'habitats résultant à l'extirpation d'une grande quantité d'espèces localement. Les abeilles sauvages sont les pollinisateurs les plus répandus, mais encore trop peu est connu sur la manière dont les communautés d’abeilles sont affectées par l’urbanisation et les types d’espaces verts qui favorisent leur conservation. Dans cette étude, nous avons évalué la diversité taxonomique et la diversité des traits fonctionnels des abeilles sauvages dans deux villes, Québec et Montréal, et trois habitats urbains (cimetières, jardins communautaires et parcs). Nos résultats révèlent que ces villes abritent des communautés très diverses d’abeilles, mais auraient aussi un impact sur la structure et la dynamique des communautés en soutenant des espèces abondantes et exotiques. L’analyse de la diversité des traits fonctionnels a démontré que l’agriculture urbaine peut contribuer de manière substantielle à la présence de communautés d’abeilles aux traits fonctionnels diversifiés et vraisemblablement au service de pollinisation urbain. / Urbanization is one of the most pervasive anthropogenic processes contributing to local habitat losses and extirpation of numerous species. Wild bees are the most widespread pollinators, but little information is known on how their communities are affected by urbanization and which kinds of urban green spaces are contributing to their conservation in cities. In this study we evaluated the taxonomic and the functional trait diversity of wild bees in two canadian cities and in three urban habitats. Our results demonstrated that cities can sustain a highly diverse community of wild bees, but also impact their community structure and dynamics by harbouring abundant and exotic species. Results on functional trait diversity showed that urban agriculture could contribute substantially to the provision of functionally diverse bee communities and possibly to urban pollination services.

L’analyse de la pertinence économique de l’irrigation de précision dans la culture de la fraise en plein champ, au Québec et en Californie, s’inscrit dans un contexte d’augmentation de la population et de rareté accrue de l’eau à l’échelle mondiale. Il y a donc nécessité d’améliorer les pratiques d’irrigation de façon à faire une utilisation rationnelle de l’eau. Dans un premier temps, une comparaison entre la méthode de gestion de l’irrigation conventionnelle et celle basée sur le potentiel matriciel du sol (ou tension) dans la culture de la fraise en Californie a été faite et la rentabilité de la seconde approche a été chiffrée. Puis, la pertinence économique de l’irrigation de déficit a été évaluée. Dans un deuxième temps, une analyse a permis de comparer l’irrigation fractionnée basée sur la tension dans le sol avec la pratique équivalente non fractionnée et de déterminer si le fractionnement de l’irrigation permettait d’investir dans un système d’irrigation automatisé au Québec. Les résultats de la première étude ont révélé que la gestion de l’irrigation basée sur la tension était hautement rentable par rapport à la régie conventionnelle et qu’elle était de surcroît plus économique en eau, peu importe la région en Californie. Les résultats ont aussi mis en lumière le fait que toute économie d’eau générée par une stratégie d’irrigation de déficit était coûteuse pour les producteurs de fraises. Les résultats de la deuxième étude ont quant à eux révélé que l’irrigation fractionnée permettait de générer des bénéfices additionnels par rapport à la régie non fractionnée dans un sol hautement perméable et que ces gains permettaient de rentabiliser l’investissement dans un système d’irrigation automatisé. / The analysis of the economic relevance of precision irrigation for field-grown strawberries in Quebec and California takes place in a context of increased water scarcity worldwide and global population growth. There is a critical need to improve irrigation practices in order to make a rational use of water. In this study, the irrigation management based on soil matric potential (or tension) was first compared to the conventional practice in strawberry cultivation in California and the profitability of the tension-based method was calculated. The economic relevance of deficit irrigation was also evaluated. As a second step, an analysis comparing a tension-based pulsed irrigation with the equivalent non-pulsed irrigation procedure was conducted to determine if pulsed water applications generated enough additional benefits to cover the cost of the investment in an automatic irrigation system in Quebec. The results of the first study revealed that irrigation management based on tension was highly cost-effective in addition to being a water saving approach relative to the conventional practice, whatever the location in California. The results also demonstrated that any amount of water saved by a deficit irrigation strategy was costly for strawberry growers. The results of the second study revealed that pulsed irrigation generated more benefits than non-pulsed irrigation in a highly permeable soil, and that the additional benefits were high enough to offset the cost of an automatic irrigation system.

Au Québec, le dépérissement des fraisières cultivées (Fragaria x ananassa Duchesne) observé dernièrement a principalement été causé par les virus SMYEV, SCV, SMoV, SVBV et SPaV. Les vecteurs sont le puceron du fraisier, Chaetosiphon fragaefolii (Cockerell), et l’aleurode des serres, Trialeurodes vaporariorum (Westwood). Cette étude de deux ans comportait six objectifs. Premièrement, nous avons comparé l’efficacité de deux outils de dépistage des vecteurs, soit les pièges-collants jaunes et les pièges-bols jaunes. Les résultats démontrent que les pièges-collants sont plus efficaces pour la capture de pucerons et d’aleurodes, toutes espèces confondues. Deuxièmement, nous avons déterminé les périodes de vol des deux insectes vecteurs à l’échelle provinciale. Les résultats indiquent que le puceron du fraisier est principalement présent dans les champs du début juillet jusqu’au début septembre. Quant à l’aleurode des serres, il est présent de début juin jusqu’à la fin octobre. Troisièmement, nous avons évalué la prévalence des virus SMYEV et SCV dans les spécimens de pucerons du fraisier ailés capturés. Des analyses RT-PCR ont démontré que 38% des pucerons (N=205) étaient infectés. Le quatrième objectif consistait à évaluer la capacité des fraisiers sauvages (Fragaria virginiana Miller) à constituer un réservoir naturel de virus. Les analyses RT-PCR ont indiquées que 67% des talles de fraisierssauvages (N=12) étaient infectées et qu’elles représentent donc des réservoirs de virus. Le cinquième objectif était de suivre l’accumulation des virus dans 14 fraisières à l’aide de plants sentinelles protégés et exposés. Les résultats confirment que les plants de fraisier exposés en plein champ ont accumulé des virus suite aux envolées des vecteurs. Enfin, nous avons réalisé un inventaire considérable des différentes espèces de pucerons et d’aleurodes retrouvées en fraisières. Cette étude a apporté d’importantes contributions dans la gestion des insectes vecteurs de virus dans le cadre de la problématique du dépérissement des fraisières au Québec. / In Quebec, strawberry decline disease outbreak occurring in strawberry fields (Fragaria x ananassa Duchesne) has been predominantly caused by viruses (SMoV, SVBV, SPaV, SMYEV and SCV). The vectors are the strawberry aphid, Chaetosiphon fragaefolii (Cockerell) (Hemiptera: Aphididae) and the greenhouse whitefly, Trialeurodes vaporariorum (Westwood) (Hemiptera : Aleyrodidae). This 2-year study had six objectives. First, we compared the effectiveness of two screening techniques, yellow sticky traps and yellow pan-traps. The results demonstrated that the yellow sticky traps are more effective for capturing aphids and whiteflies, all species combined. The second objective was to determine the flight periods of the main vectors across the province. The results indicated that the winged strawberry aphids are mainly present in strawberry fields from early July until early September. As for the greenhouse whitefly, it is mainly present from early June and extends through October. The third objective was to measure the prevalence of SMYEV and SCVin winged strawberry aphid specimens captured in 2014 and 2015. The RT-PCR results indicated that 38% of the aphids (N=205) captured were infected. The fourth objective was to examine the ability of wild strawberries (Fragaria virginiana Miller) to be a long-term host for strawberry viruses. The RT-PCR results demonstrated that 67% of the wild strawberry patches tested (N=12) were infected and therefore, represent a natural reservoir. The fifth objective was to monitor the viruses’ accumulation in 14 strawberry fields throughout the province, using protected and exposed control plants. The results confirmed that the exposed control strawberry plants accumulated viruses following the vectors’ flights over the season. Finally, we carried out a considerable inventory of the different species of aphids and whiteflies found in strawberries. This study has provided important contributions to the management of virus-carrying insects as part of the problem of the strawberry declinein Quebec. / Résumé en espagnol

Ce projet de recherche visait à comprendre l'impact de l'utilisation de différents types de supplémentations protéiques dans des rations à base d'ensilage d'herbe sur les performances zootechniques de vaches laitières. Afin d'atteindre cet objectif, l'absorption des nutriments azotés et leur utilisation subséquente par les tissus hépatique et mammaire a été déterminée en mesurant les bilans nets de ces organes des nutriments azotés et le bilan azoté corporel. Ainsi, trois sources de protéines ont été comparées, soit le tourteau de soya (SBM), le tourteau de canola (CM) et le tourteau de canola additionné d'urée (CMU) avec une ration à base d'ensilage d'herbe. L'utilisation du CM n'a pas permis d'améliorer les performances laitières, ni l'ingestion de matière sèche par rapport au SBM. Cependant, CM avait tendance à convertir plus efficacement l'azote alimentaire en protéine du lait (N lait : N ingéré) (P = 0,10) et à réduire l'azote uréique dans le lait (MUN) et l'urine (UUN) (P = 0,09), ce qui a permis d'augmenter numériquement la proportion en protéine vraie de la protéine brute du lait comparativement au traitement SBM (P = 0,17), avec une concentration plasmatique en méthionine numériquement supérieure pour le CM (P = 0,18). Le traitement CMU a augmenté considérablement la concentration en ammoniac dans le rumen (P < 0,001), avec un MUN doublement supérieur au traitement témoin CM (P < 0,001) et un UUN augmentant de 15 % (P < 0,001). Ce traitement n'a toutefois pas affecté la disponibilité des acides aminés dans le foie ni les rendements en protéines du lait des vaches. En résumé, l'efficacité d'utilisation de l'azote avait tendance à être supérieure pour le CM que le traitement SBM, notamment suite à la réduction du MUN et UUN avec ce type de tourteau.

Les nucléotides cycliques sont des seconds messagers intracellulaires possédant une grande importance dans la signalisation cellulaire du follicule ovarien. Les niveaux intracellulaires en nucléotides cycliques tel que l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) dépendent de leur synthèse, assurée par l'adenylyl-cyclase (AC) ainsi que leur dégradation par les phosphodiéstérases (PDE). Ces dernières appartiennent à la superfamille des métalophosphohydrolases, elles hydrolysent le groupement phosphate en 3' des nucléotides cycliques pour produire un nucléotide 5' phosphate. Dans les cellules ovariennes, plusieurs familles de PDE ont été identifiées, agissant comme modulateurs des taux intracellulaires de nucléotides cycliques. Dans le présent projet, nous nous attarderons à étudier la signalisation cellulaire chez les cellules ovariennes impliquant l'AMPc. La régulation de ses concentrations intracellulaires affecte plusieurs processus physiologiques. Le projet s'intéresse particulièrement à une famille d'enzyme de dégradation de l'AMPc, la phosphodiestérase8A (PDE8A). Nous voulons donc valider la présence fonctionnelle de la famille de PDE8A dans les cellules ovariennes ainsi que la mitochondrie afin de comprendre l'implication de cette enzyme dans la physiologie cellulaire en s'attardant à la stéroïdogenèse, étant donné que les mitochondries sont un organite cellulaire essentiel pour la stéroïdogenèse parce qu'elles représentent le site de synthèses de plusieurs hormones stéroïdiennes. En effet, des récents travaux ont montré la famille PDE8 comme un régulateur de la stéroïdogenèse dans les cellules de Leydig. Dans cette étude, nous avons montré que le transcrit de PDE8A ainsi que sa protéine étaient exprimés dans les cellules de la granulosa, les cellules du cumulus et l'ovocyte chez le porc. Ainsi, la protéine PDE8a a été détectée par western blot dans des mitochondries isolées à partir des cellules de granulosa et des complexe ovocyte-cumulus (COC). Une co-localisation entre le signal immunoréactive de la PDE8A et le marquage réalisé par mitotracker a été observée dans les cellules de granulosa et des mitochondries isolées. De plus, la présence fonctionnelle de la PDE8 mesurée en tant qu'activité AMPc-PDE sensible au PF-04957325 a été détectée dans des cellules de la granulosa et des mitochondries isolées supportant la présence fonctionnelle de la PDE8A dans les mitochondries isolées. De ce fait, cette observation soutient encore la localisation fonctionnelle mitochondriale de la PDE8A. Une association entre la mitochondrie et la PDE8A a aussi été démontrée par immunomicroscopie électronique qui a confirmé l'ancrage de la protéine sur la membrane mitochondriale externe. Pour évaluer l'implication de la mitochondrie dans la stéroïdogenèse, l'effet de PDE8A sur la production de progestérone a été mesuré dans les complexes ovocyte-cumulus en utilisant le PF-04957325 comme un inhibiteur spécifique de PDE8. Lorsque les COC sont cultivés sans FSH, un niveau basal de progestérone est mesuré. Par contre en présence de FSH une augmentation significative de sécrétion de progestérone est observée. En utilisant un inhibiteur spécifique de la PDE8 (PF-04957325) avec la FSH nous avons obtenu une augmentation encore plus importante de la sécrétion de progestérone. Ces résultats démontrent la présence fonctionnelle de PDE8A dans les cellules de la granulosa et les complexes ovocyte-cumulus. Puisque les mitochondries sont l'une des localisations de PDE8A, l'effet de l'inhibiteur spécifique de PDE8 sur la sécrétion de progestérone soutient la contribution mitochondriale de PDE8 dans la stéroïdogenèse.

L’industrie maraichère génère une quantité importante de sous-produits pouvant être valorisés pour leurs contenus en biomolécules. Les composés phytochimiques issus des fruits et des légumes présentent des effets bénéfiques sur la santé humaine et animale, comme le rapporte la littérature. Cependant, une des problématiques majeures actuelle est que l’extraction des molécules naturelles utilisent des solvants pétrochimiques, issus de sources fossiles non renouvelables et présentant une certaine toxicité pour l’environnement, les consommateurs et aussi les opérateurs. L’épinard est un légume feuillu riche en composés bioactifs tels que les polyphénols, la lutéine et la chlorophylle. Ces deux derniers présentent des effets antioxydants, anti-inflammatoire, anti-génotoxique majoritairement au niveau des yeux pour la lutéine et du côlon pour la chlorophylle. Le présent projet a donc pour objectif principal de développer un procédé d'extraction et de séparation de deux biomolécules d’intérêts, la lutéine et la chlorophylle, à partir de sous-produits d’épinard. L’efficacité d’extraction des différents procédés a été comparée à l'extraction totale traditionnelle des molécules avec des solvants organiques peu polaires. Trois procédés écologiques ont été optimisés : une extraction à l’eau et à l’éthanol, un procédé utilisant une saponification pour permettre la séparation de la lutéine et de la chlorophylle et une extraction au CO₂ supercritique. Une modélisation permettant la prédiction de la solubilité des molécules dans le solvant supercritique a également été réalisée afin de limiter et de valider les essais expérimentaux. Aussi, le procédé montrant les meilleurs résultats a fait l’objet d’une analyse technico-économique afin d’étudier sa faisabilité à l’échelle industrielle. Les résultats montrent que l’extraction à l’eau et à l’éthanol est efficace à 70% et à 96% pour extraire respectivement la lutéine et la chlorophylle en utilisant les paramètres retenus par le modèle statistique avec un rendement en matière de 1,4%. Toutefois, ce procédé nécessite de nombreuses étapes, de grands volumes de solvant et ne sépare pas la lutéine et la chlorophylle. Le procédé utilisant la saponification permet une séparation efficace de ces deux molécules, mais engendre d’importantes dégradations de la lutéine (récupération de 27% de lutéine avec un rendement en matière de 0,63%). Il utilise aussi de grandes quantités de solvant, de nombreuses étapes et est en plus dangereux pour le personnel (utilisation de NaOH). L’extraction par fluide supercritique permet quant à elle, avec les paramètres retenus par le modèle statistique, un rendement de 70% en lutéine et de 50% en chlorophylle avec un rendement en matière de presque 3%, sans inconvénient majeur. La modélisation de la solubilité, utilisant la théorie de Charles Hansen adaptée aux conditions supercritique, rejoint les résultats obtenus expérimentalement et de fait s’avère efficace pour la prédiction de la solubilité des biomolécules dans le solvant supercritique. L’extraction par fluide supercritique est donc une méthode de choix pour l’extraction de la lutéine et de la chlorophylle et répond à tous les principes de la chimie verte. Dans notre cas, l’addition d’un co-solvant est nécessaire pour augmenter la solubilité de nos molécules dans le solvant supercritique. L'ajout de co-solvants est connu pour augmenter les coûts de production et d’investissement du procédé supercritique. Ainsi, la simulation du procédé à l’échelle industrielle et son analyse économique ont permis de conclure quant à sa faisabilité et sa rentabilité à l’échelle industrielle. Les résultats ont montré un coût d’investissement total de 5 555 000 USD, avec un prix fixe d’investissement de 4 721 240 USD. Le coût de production annuel a été estimé à 1 800 000 USD, correspondant à un coût spécifique de 1700 USD par kg d’extrait produit. Les résultats ont donc montré que tous les procédés développés répondaient aux objectifs de départs en respectant les principes de la chimie verte appliquée à l’extraction de composés phytochimiques. Toutefois, les meilleurs résultats ont été obtenus avec l’extraction par fluide supercritique. Néanmoins, cette technologie s’avère très couteuse à mettre en place dans une industrie. De fait, le procédé vert le plus applicable à l’échelle industrielle et permettant une séparation de la lutéine et de la chlorophylle est le procédé utilisant une étape de saponification. / Industrial vegetable by-products contain high levels of valuable phytochemicals that can be used as a rich source of biomolecules. Phytochemical compounds from fruits and vegetables exhibit several benefits on human and animal health, as reported in the literature. However, the extraction of these natural molecules is still carried out using petrochemical harmful solvents, from non-renewables fossil sources exhibiting environmental, and health toxicity. Spinach is a leafy vegetable highly concentrated in bioactive compounds such as polyphenols, lutein and chlorophyll. The latter two exhibit antioxidant, anti-inflammatory, anti-genotoxic effects. The main objective of this project was to develop an extraction process technology for the recovery of two highly valuables biomolecules, lutein and chlorophyll, using spinach by-products and respecting the main principles of green chemistry. This work focused on the development and optimization of 3 ecological extraction and separation processes of these phytochemicals, using conventional green extraction methods with green solvents (water and ethanol, NaOH) and innovative technologies, supercritical CO₂. The extraction efficiency has been compared to the total extraction of lutein and chlorophyll obtained with petrochemical solvents. Solubility prediction of the studied molecules in the supercritical solvent was also carried out in order to decrease the experimental tests number and validate the results. Finally, a technical-economic analysis was performed in order to evaluate the feasibility of an industrial scal-up of the most promising developed process. A green extraction method, using ethanol and water as extraction solvents was developed in order to extract these plant compounds from spinach by-products. The optimal extraction parameters predicted were 93% ethanol concentration, for 4.3 h at 43°C and a solvent to raw material ratio of 1/66. These parameters gave a recovery of 96% of chlorophyll and 70% of lutein, along with an extraction yield of 1.4%. However, this process was not efficient for the separation of the two compounds and furthermore, used high amount of extraction solvents. A saponification in an aqueous medium was carried out to hydroxylate the ester bond of the aliphatic chain of chlorophyll. Through this process, using the Derringer’s desirability function, the optimal conditions for separation were 16 h of saponification, at 60°C and with 3.9% of sodium hydroxide. The process can be streamlined in a commercial extraction process for these compounds. However, the saponification step resulted in a significant degradation of lutein (only 27% of lutein was recovered, with an extraction yield of 0.63%). Using supercritical fluid extraction along with ethanol as modifier, the optimal extraction parameters allowed the recovery of 70% of the lutein and 50% of the chlorophyll, with a yield of almost 3% without major drawback. The supercritical fluid extraction is therefore a valuable method for extracting lutein and chlorophyll while complying to all green chemistry tenet. The addition of modifier for the extraction of these phytochemicals was needed, known to increase the capital and production cost of SC-CO2 process. Thus, process design and economic analysis of the process was studied to conclude about the viability and the feasibility of the eventual SC-CO2 proposed process for the replacement of conventional one for the recovery of spinach extracts rich in lutein and chlorophyll. The results exhibited a total cost of investment (TCI) of 5,555,000 USD, along with a fixed cost of investment (FCI) of 4,721,240 USD. The yearly production cost was estimated at 1,800,000 USD. The optimization of the optimum extraction conditions requires a critical analysis. The objective of this project was also to develop a predictive approach based on the Hansen solubility theory to ascertain and optimize the solubility of solutes, in supercritical carbon dioxide (SC-CO2). The predictive approach was then considered an efficient tool regarding the solubility of solutes in SC-CO2 and can be used to estimate the condition for solutes-SC-CO2 optimum miscibility in a wide range of pressure. Finally, we showed that processes developed in this project respected all the green chemistry principles applied to the extraction of phytochemicals and thus meet the objective of the project. The best results are obtained with supercritical fluid extraction. However, this technology necessitates high investment which can limit the profitability of the technique. We thus recommend to adopt a process using a saponification step for the separation of lutein and chlorophyll.

Le sujet de ce mémoire porte sur l'évaluation de la capacité à payer pour le caractère sauvage des touladis et des ombles de fontaine. Ces deux espèces sont largement pêchées au Québec dans le cadre de la pêche sportive. Cette capacité à payer est évaluée afin de donner des outils ou des pistes de solution pour une gestion des populations d'omble. L'ensemencement est largement utilisé pour soutenir les stocks de ces poissons. Dans le cadre d'une gestion durable, il est peut-être préférable de donner l'opportunité aux pêcheurs de pêcher un poisson dans un lac non ensemencé mais ayant des limites de capture plus restreintes. Cette étude vise aussi à donner un portrait des pêcheurs d'ombles du Québec.

Par l’accumulation de rejets miniers, l’exploitation minière altère les écosystèmes terrestres en place. La restauration des sites avec la mise en végétation permet de réinstaurer les services écosystémiques perdus. L’objectif principal de ce projet était de développer différents terreaux de restauration à partir de biochar, de cendre, de matières résiduelles fertilisantes (MRF) et de boue de chaulage pouvant être utilisés sur des rejets miniers et qui supporterait la croissance végétale tout en étant sans danger pour l’environnement et peu couteux. Les intrants ont été caractérisés au plan chimique, physique et biologique et des tests en serre ont été faits avec Alnus incana ssp. rugosa et Calamagrostis canadensis en présence des trois types de rejets d’une mine aurifère. La cendre a un impact important sur le pH et la teneur en Mn des terreaux, tandis que le biochar augmente plutôt la teneur en Fe. Au plan physique, la cendre a tendance à réduire la porosité et la conductivité hydraulique saturée par rapport au biochar. Le mélange de MRF fait toutefois les terreaux les plus poreux et perméables, mais contiennent des concentrations très élevées de P et K. La boue de chaulage fait augmenter la conductivité électrique, la teneur en Ca, Mg et Cu, mais n’influence pas autant les propriétés physiques des terreaux. Après 4 mois de croissance dans 8 terreaux, les aulnes rugueux ayant démontré la meilleure croissance sont ceux ayant poussé dans les terreaux 7 (biochar, MRF et boue de chaulage) et 8 (biochar et boue de chaulage), tandis que les résultats pour Calamagrostis canadensis, dont la germination a été peu élevée, n’ont pas permis de tirer de telles conclusions. Il semble donc que le biochar soit meilleure que la cendre pour la croissance de l’aulne rugueux, mais la boue de chaulage joue aussi un rôle important. / Mining operations produce a large amount of tailings, sludges and acid rocks, changing the environment. Revegetation of residues helps restor ecological services on mining sites. The main objective of this study was to develop low cost, environmentally sound substrates made of biochar, ash, fertilizing residual matter and lime sludge for revegetation of mining wastes. Physical, chemical and biological characterization of the substrates have been completed in addition to bioassays with Alnus incana subsp. rugosa and Calamagrostis canadensis. Ash in the substrates had an impact on pH and Mn content while Fe content was related to biochar. Porosity and saturated hydraulic conductivity were higher in the substrates with biochar in lower with ash. Fertilizing residual matter blend made the more porous and permeable substrates and very high content in P and K. Liming sludge increased electrical conductivity, Ca and Mg contents and did not significantly affect physical properties of substrates. After 4 months of growth in greenhouses, Alders showed the best growth in the substrates 7 (biochar, fertilizing residual matter and liming sludge) and 8 (biochar and liming sludge). Biochar seems better than ash for Alder growth, followed by liming sludge. We cannot conclude for Calamagrostis canadensis because of the lack of data due to its poor germination.