La production de canneberges au Québec est l’une des plus importantes au monde. L’avancée de la production de canneberges au Québec est due, en partie, à une gestion optimisée des conditions d’irrigation et de drainage. Toutefois, il a été estimé que 75% des champs de canneberges du Centre-du-Québec ont des problèmes de drainage. Les problèmes de conception du système de drainage entraînent des réductions de 25% de rendement des canneberges tandis que le problème de colmatage des drains induit une réduction de 39%. De ce constat, le présent a pour objectif de prédire le degré de colmatage des drains à partir des hauteurs de la nappe à la mi-écartement, au-dessus du drain ainsi que du temps de rabattement de la nappe. Pour se faire, des modèles de prédiction par apprentissage supervisé et par régression linéaire multiple sont utilisés. Les expériences de drainage ont été menées en laboratoire à l’aide d’un simulateur de drainage afin de modéliser de façon analogique le degré de colmatage du drain. Les données expérimentales collectées à la fin de chaque expérience ont permis, entre autres, de générer les variables d’entrée des modèles prédictifs. Les résultats montrent qu’une augmentation du degré de colmatage du drain entraîne : (i) des augmentations du temps de rabattement de la nappe et de la résistance à l’entrée du drain, (ii) une diminution de la conductivité hydraulique équivalente du système de drainage et (iii) l’accumulation d’eau au voisinage du drain. Le modèle prédictif d’apprentissage supervisé ajusté explique 98,9% de la variation du degré de colmatage tandis que la régression n’explique que 58,9% de cette variation. Avec l’introduction de la conductivité hydraulique équivalente du système de drainage dans le modèle, la qualité de l’ajustement du modèle d’apprentissage supervisé passe de 98,9 à 99,8% et celle de régression linéaire multiple passe de 58,9 à 83,8%. / Quebec is one of the largest cranberry producer in the world. The substantial yields in cranberry production in Quebec is due in part to optimized management of irrigation and drainage conditions. However, it has been estimated that 75% of the cranberry fields in Central Quebec have drainage problems. Drainage system design problems result in 25% reduction in cranberry yields drain clogging issues are responsible for a 39% reduction. The present project proposes to predict the degree of clogging based on water table heights at the mid-spacing and above the drain in addition to the water table drawdown time. To do this, predictive models using supervised learning and multiple linear regressions are used. The drainage experiments were conducted in the laboratory using a drainage simulator to analogically reproduce the degree of drain clogging. The experimental data collected at the end of each experiment served, among other things, to generate the input variables of the predictive models. The results show that an increase in the degree of clogging leads: (i) to an increase in water table drawdown time and the drain entrance resistance, (ii) a decrease in the equivalent hydraulic conductivity of the drainage system and (iii) the accumulation of water in the vicinity of the drain. The adjusted supervised learning predictive model explains 98.9% of the variation of the clogging degree, while the regression model explains only 58.9%. With the introduction of the equivalent hydraulic conductivity of the drainage system, the quality of the supervised learning model goes from 98.9 to 99.8% and that of multiple linear regressions from 58.9 to 83.8%.

Les rations alimentaires riche en zinc (Zn) ou en arginine (Arg) sont connues pour améliorer la croissance des porcelets nouvellement sevrés mais les mécanismes d’actions ne sont pas encore bien connus. L’hypothèse à la base de ce doctorat est que le métabolisme oxydatif et la réponse anti-inflammatoire seraient impliqués dans cette réponse. Les effets de ces ajouts ont donc été évalués sur le statut antioxydant et la réponse inflammatoire des porcelets dans trois conditions différentes. Pour les trois essais, les rations étaient supplémentées ou non de Zn (2500 mg oxyde de Zn/kg) et d’Arg (1 %). Dans le premier essai, trente-deux porcelets sevrés de 20 jours ont été nourris pendant 12 jours avec l’une des quatre rations. Au jour 12, des prélèvements sanguins ont été effectués avant et 3 heures après une injection intrapéritonéale de lipopolysaccharide (LPS; 10 mg/kg) puis les porcelets ont été euthanasiés afin de prélever des échantillons de muqueuses intestinales. Les résultats ont indiqué que le Zn peut réduire l’oxydation systémique et améliorer l’état antioxydant dans les muqueuses intestinales. Par contre, les supplémentations en Zn et en Arg n’ont pas eu d’effet synergique positif sur l’état antioxydant ou l’inflammation chez les porcelets sevrés Dans le deuxième essai, quarante-huit porcelets sevrés à l’âge de 20 jours ont reçu l’une des quatre mêmes rations pendant 7 ou 14 jours. Au jour 5, les porcelets (2 par parc) ont reçu une injection intramusculaire de LPS (100 μg/kg) et des échantillons de sang ont été prélevés avant l’injection et 6h, 24h et 48h après. Au jour 7, tout de suite après avoir prélevé le dernier échantillon de sang, 1 porcelet dans chacun des parcs a été euthanasié afin de prélever des échantillons de la muqueuse de l’iléon. Au jour 12, le porcelet restant a de nouveau reçu une injection de LPS et les mêmes échantillons de sang et de muqueuse ont été prélevés. Cet essai a montré que l’ajout d’une forte dose de Zn réduisait l’oxydation des lipides et l’inflammation pendant le sevrage et que l’ajout de Zn et Arg a des effets limités sur les statuts oxydatif et inflammatoire suivant l’injection de LPS. Dans le dernier essai en conditions commerciales, des porcelets âgés de 21 jours ont été alimentés avec l’une des mêmes quatre rations alimentaires. Les échantillons sanguins ont été prélevés sur les mêmes 2 porcelets dans chacun des parcs avant la distribution des aliments le matin des jours 8 et 15. Les données ont montré que la ration avec une dose élevée en Zn améliorait les performances de croissance des porcelets (ADG et ADFI) ainsi que le status oxydatif en diminuant l’oxydation des lipides. De son côté, l’ajout de Arg a eu un effet limité sur les performances de croissance et sur le status oxydatif durant l’élevage en conditions commerciales. / High level of dietary zinc (Zn) and arginine (Arg) supplementation are known to improve growth in weanling piglets but the mechanism of action is not yet well understood. We hypothesized that antioxidant metabolism and inflammatory responses were involved. The effects of high Zn supplement and Arg supplementation on the antioxidant status and inflammatory response of piglets after lipopolysaccharide (LPS) stimulation were evaluated. In a first study, thirty-two 20-day-old weanling piglets were fed diets supplemented or not with Zn (2,500 mg Zn oxide/kg) and Arg (1%) for 12 days. On day 12, blood samples were taken before and 3h after intra-peritoneal injection of LPS (10 μg/kg) and were euthanized just after the second blood sample, and samples of mucosae were taken. These results indicated that Zn may reduce systemic oxidation and improve antioxidant status in jejunal and ileal mucosae However, Zn and Arg supplementation did not appear to act synergistically to enhance antioxidant status or reduce inflammation in weanling piglets. In a second study, forty-eight 20-days-old weanling piglets were placed for 7 or 14 days on diets supplemented or not with Zn (2,500 mg Zn oxide/kg) and Arg (1%). On day 5, piglets (two per pen) were injected with LPS injection (100 μg/kg) intramuscular and blood samples were taken just before and, 6, 24 and 48 h after. On day 7, shortly after obtaining the last post-LPS blood sample, one piglet per pen was euthanized and samples of mucosa were taken from the ileum. On day 12, remaining piglet was injected again with same LPS dose and blood and ileum samples were collected as for the piglet on day 7. This study showed that high Zn diet reduced lipid oxidation and inflammation during post-weaning period. However, Zn and Arg supplementations had limited effect on oxidative and inflammatory status following LPS challenge. In a last study, weanling piglets aged 21 d were fed for 15 days a diet supplemented or not with 2500 mg/kg of ZnO and 1% Arg under commercial breeding conditions. Blood was collected from the same two piglets in each pen before morning feeding on days 8 and 15. Under these commercial conditions, high level of Zn improved piglet growth performance (ADG and ADFI) and oxidative status by decreasing lipid oxidation however Arg supplementation had a limited effect on growth performance and oxidative status

Actuellement, la demande pour trouver des sources alternatives de production d’ingrédients alimentaires de valeur tels que les protéines et les extraits riches en nutriments a augmenté de manière hautement significative. Dans ce contexte, le tourteau de soja est une source précieuse de protéines, de glucides et d'autres composés qui peuvent être valorisés et utilisés dans l'alimentation humaine. Cependant, pour extraire des substances ayant une valeur nutritionnelle élevée, on utilise généralement des procédés d’extraction conventionnels basés sur une utilisation accrue des acides forts (HCl, H2SO4) et des bases concentrées (NaOH, KOH). Sur le plan de santé et sécurité au travail, ces produits chimiques hautement dangereux et corrosifs présentent plusieurs inconvénients; notamment la nécessité de disposer de moyens hautement efficaces de protection et de gestion de risque chimique et du personnel qualifié pour leur manutention. En plus, l’utilisation de ces produits chimiques a, à son tour, un impact important sur l’environnement, car leurs effluents sont très dommageables des écosystèmes et nécessitent des moyens d’épuration très coûteux. Conséquemment, la recherche d’autres technologies de substitution partielle ou complète aux procédés d’extraction conventionnels demeure un sujet d’actualité, ce qui amène les entreprises modernes et soucieuses de la protection de l’environnement à s’intéresser au développement de nouvelles technologies durables d'extraction afin de réduire les impacts négatifs de cette industrie. Dans ce contexte, pour résoudre ces problèmes, la technologie d'électro-activation (EA) en solution, qui fait l’objet d’une programmation de recherche de grande envergure de notre équipe, a montré d’excellentes perspectives pour être utilisée comme approche efficace pour l’extraction des matières solubles à partir de résidus issus de pratiques agroalimentaires. Sur le plan environnemental, cette technologie pourrait servir à la réduction des effluents, car, elle ne nécessite que de l'eau, du sel et de l'électricité pour générer des solutions acides (anolytes) et basiques (catholytes) utilisables pour des fins d’extraction. Ainsi, ces solutions pourraient remplacer, partiellement ou totalement, les acides et bases chimiques. Ainsi, ce projet de doctorat en Sols et environnement, divisé en quatre objectifs spécifiques, visait à étudier l’intégration de la technologie d’électroactivation en solution, comme moyen de substitution aux acides et bases chimiques, dans un procédé de valorisation de tourteau de soja à des fins alimentaires humaines, tout en apportant une contribution significative à la protection de l’environnement... / Le premier objectif de ce projet de doctorat visait à étudier et comparer l’extraction acide versus l’extraction basique de la matière sèche soluble à partir de tourteau de soja. Cette matière sèche soluble est composée principalement d’un mélange de protéines, de glucides et de minéraux. L'extraction alcaline a été effectuée à pH 8, 9 et 10 alors que l'extraction acide a été effectuée à pH 2 et 3. Dans les deux modes d'extraction, différentes concentrations de NaCl ont été ajoutées au milieu d’extraction (0.01, 0.025 et 0.05 M). Les résultats obtenu sont montré que les deux méthodes étaient efficaces en termes d'extraction de matière sèche soluble avec des différences qualitatives et quantitatives significatives. L'extraction alcaline était significativement plus efficace en termes de matière sèche totale extraite et de teneur en protéines de l’extrait avec des valeurs moyennes de 39.97 ± 0.23% à 43.35 ± 2.90%, respectivement. Les extraits acides et alcalins étaient caractérisés par une teneur élevée (mg/100 g) en minéraux spécifiques tels que le potassium (334.93 ± 41.93), le calcium (24.73± 10.32) et le magnésium (35.34 ± 10.86). Les données obtenues par électrophorèse sur gel (SDS-PAGE) ont confirmé l'efficacité du mode alcalin en termes de teneur en protéines parles bandes plus évidentes. La turbidité la plus élevée a été obtenue à pH 4-5 pour tous les extraits, tandis que le potentiel zêta indiquait un point isoélectrique pHi à pH 4-5 pour les extraits alcalins et un pHi à pH 7-8 pour les extraits acides. Les glucides extraits ont montré un profil pH-dépendant avec un potentiel d’utilisation de l’extrait comme prébiotique. Dans l’ensemble, cette étude a mis en évidence l’efficacité et l’utilisation rationnelle des extractions combinées acide-alcaline pour améliorer la valorisation du tourteau de soja dans les applications alimentaires et réduire les déchets générés par l’industrie de production de l’huile de soja. Le deuxième objectif consistait à étudier la technologie d'électro-activation permettant d'extraire la matière sèche soluble du tourteau de soja constituée d’un mélange de protéines, de glucides et de minéraux. Les extractions dans des conditions alcalines (catholyte) et acides (anolyte) ont été effectuées avec des solutions électro-activées obtenues à des intensités de courant électrique de 150, 300 et 450 mA pendant 10, 20, 30, 40 et 50 minutes d’électro-activation. Les deux méthodes ont été efficaces pour extraire la matière sèche soluble du tourteau de soja. Le catholyte était le plus efficace pour extraire les protéines avec un rendement maximal de 45.55 ± 2.77 %. De plus, la teneur en protéines augmentait avec le temps de traitement dans les extraits au catholyte, mais diminuait dans les échantillons extraits par l’anolyte. Les analyses par SDS-PAGE ont confirmé l'efficacité du catholyte à extraire davantage de protéines de meilleure qualité que l'anolyte. Des résultats similaires ont été observés pour les profils d'acides aminés, car les échantillons extraits par le catholyte étant les plus riches en acides aminés essentiels et non essentiels. Bien que l'anolyte ait extrait les quantités les plus élevées des minéraux comme le Mg2+(78 %), Ca2+(37 %) et P3-(37 %) du tourteau de soja, le catholyte s'est avéré plus efficace pour extraire le Zn2+(65 %), Fe2+(62 %), et les ions Cu2+(42 %). Les échantillons obtenus à la fois par l’utilisation des solutions anolytes et catholytes présentaient de bons profils glucidiques contenant certains monosaccharides avec un potentiel de pouvoir prébiotiques. Le profil des glucides variait avec l’intensité du courant électrique utilisé pour la production de solutions électro-activées et le temps de traitement. La teneur en stachyose et en raffinose augmentait avec l’intensité utilisée pour la production des anolytes tout en diminuant dans les échantillons des catholytes. De manière similaire, les teneurs les plus élevées en stachyose et en raffinose ont été observées pour les échantillons obtenus avec la solution catholyte électro-activée pendant 10 min, avec des valeurs respectives allant de 206.64 à 222.49 et de 31.17 à 34.29 mg/g. Les échantillons traités avec l'anolyte électro-activé pendant une plus longue période (30 à 50 min) étaient caractérisés par des teneurs plus élevées en ces sucres. Le troisième objectif visait à étudier et comparer les propriétés fonctionnelles et l'activité antioxydante de la matière sèche extraite du tourteau de soja de manière conventionnelle et comparées à celles des extraits obtenus par des solutions électro-activées. La capacité d'absorption d'eau (WAC) de l'extrait conventionnel obtenu à pH 8-0.01M NaCl présentait la valeur de WAC la plus élevée (400 ± 7 g/100 g), tandis que la WAC le plus faible (0) était celui des échantillons extraits sous NaCl pH3-0.01M et pH3-0.05M NaCl. L'extrait obtenu avec la solution électro-activée Anolyte_300mA-30min avait une valeur de WAC de 25 ± 1 g/100 g, tandis que la valeur minimale de WAC de 0 g/100 g était observée pour l'extrait obtenu avec de l'anolyte électro-activé Anolyte_450mA-50min et Catholyte_150mA-10min. La capacité d'absorption d'huile (OAC) était la plus élevée pour les échantillons extraits sous des conditions alcalines, quel que soit le mode d'extraction utilisé (conventionnelle ou électro-activation), avec des valeurs comprises entre 5,50 ± 0,54 et 6,85 ± 0,62 mL/g. Les extraits obtenus à pH3-0,05M NaCl et Anolyte_450mA-50min ont des valeurs OAC respectives de 1,85 ± 0,23 et 1,51 ± 0,13 mL/g. Les propriétés moussantes des extraits classiques étaient supérieures à celles extraites par électro-activation. La valeur maximale de 52% a été observée pour l'échantillon conventionnel obtenu à pH 9-0,025M NaCl, tandis que la capacité de moussage maximale de 28% a été détectée dans l'échantillon électro-activé obtenu avec Anolyte_450mA-50min. Les échantillons électro-activés ont été caractérisés par des propriétés émulsifiantes plus élevées. Les extraits classiques ont montré une activité antioxydante supérieure (92.31 ± 1.5%) à celle obtenue par électro-activation (47.46 ± 0.94%). Les résultats obtenus dans le présent travail mettent en évidence le pouvoir émulsifiant des solutions électro-activées, suggérant sa grande aptitude à être utilisés dans des formulations alimentaires telles que les boissons prêtes à boire et autres produits du type émulsion. Le quatrième objectif visait à étudier la qualité et le comportement des boissons contenant des extraits obtenus à partir de tourteau de soja par électro-activation. Toutes les boissons produites ont été additionnées d’une poudre de lactosérum pour une teneur final dans le produit de 0.7%. Les boissons de soja ont été codées avec des lettres allant de A à I.Les boissons ayant les codes G, H et I contenaient des particules de protéines plus grosses que les autres échantillons. Ensuite, la viscosité de la majorité des échantillons était faible et les boissons avaient un comportement d’amincissement par cisaillement. Les solutions étaient visuellement stables même si les mesures de turbidité et de potentiel zêta ont montré que le système de produits n'est pas stable dans une plage de pH de 3 à 10. De plus, la solubilité des échantillons était bonne, en particulier pour les échantillons G (97.76 ± 0.04%) et H (97.53 ± 0.18%). De plus, les échantillons I et F ont montré une capacité de moussage très élevée avec une valeur de 98 ± 7.34% et 80 ± 5.25%, respectivement. La boisson ayant le code G présentait une capacité d'absorption d'eau élevée (530 g/100 g). De plus, les valeurs de récupération des protéines de caillé obtenues à partir du coagulum variaient de 56,57 ±2.17 à 98.57 ± 6.37%. / Recently, the demand to find the alternative sources of valuable compounds such as proteins increased. Soybean meal is a valuable source of proteins, carbohydrates and other compounds. These compounds can be valorized from soybean meal and used in human feed.However, to extract valuable substances usually conventional acids and alkalis are used. The use of these chemical solutions, in its turn, has a big impact on the environment as well as other negative consequences. As a result, modern enterprises are more interested in sustainable extraction technologies in order to reduce these negative consequences.To solve these problems the technology of electro-activation (EA) was observed and showed good abilities in extracting of the valuable substances. This technology requires only water, salt and electricity. This work was aimed to study weather this alternative type of extraction is effective for soybean meal valorization.The first objective was to study conventional extraction and its ability to extract proteins and carbohydrates. Certain parameters of conventional extraction affect the most protein extractability.Thus, from pH, meal to solvent ratio, and salt concentration parameters, the pH of the extracting medium had the most significant effect on protein extractability for conventional extracts. The procedure of extraction was carried out using alkaline (NaOH) and acid (HCl) solutions. As a result, a soluble dry matter composed of proteins, carbohydrates and minerals was extracted from soybean meal. The obtained results showed that the both alkaline and acid methods, that were used, are effective in terms of extraction of soluble dry matter with significant qualitative and quantitative differences. The alkaline extraction was significantly more effective in terms of the total extracted dry matterand protein content in the extracted material with mean values of 39.97 ± 0.23 and 43.35 %± 2.90, respectively. In fact, this study demonstrated the effectiveness and rational use of the dual acid-alkaline extraction to enhance the soybean meal valorization for food applications and provide reduction of waste generated by the soybean oil industry. Second objective was to study the influence of electro-activated solutions on proteins extracted from soybean meal and to compare them to the conventional solutions obtained in the first objective. In order to produce electro-activated samples, the optimal parameters of electro-activation for high extraction yield from soybean meal were studied. It was observed that pH changes, right after the electricity is applied, each 10 mins till 60 mins the pH increased significantly. After the extraction of compounds by electro-activation technique was performed, the comparison of the conventional and electro-activated samples took place. It was found that electro-activation is effective as protein extraction method and for extraction of other compounds with beneficial properties for environment. However, conventional extraction is harmful for the environment, even though the commercial extracts were of higher extraction yield and with the bands of bigger molecular weight. Nonetheless, it was found that when the contact time of electro-activated solution with material is increased, the extraction yield and quality of protein is significantly higher. While for conventional extracts treated by the same time there was no significant difference.Third objective aimed to study the comparison of functional properties and antioxidant activity of soybean meal extracts obtained by conventional extraction and using electro-activated solutions.The commercial samples were characterized by superior water absorption and foaming capacity. In contrast, electro-activated samples were characterized by superior emulsification properties. Therefore, conventional samples showed higher antioxidant activity (92.31±1.5%) than electro-activated ones (47.46±0.94%). Overall, this study demonstrated favorable functional and antioxidant properties of samples made by electro-activation method.The fourth objective was to evaluate the behaviour of functional beverage by using protein-carbohydrate extract obtained from soybean meal produced by electro-activation technology. The results showed that the particle size value was ≤ 0.2μm for majority of thesamples. However, with an increasing of the flow the particle size also increased due to large protein particles formed as complexes of a definite size. Furthermore, the behaviour of systems had Newtonian nature and shear-thinning behavior with the low viscosity which is good for such products as beverages. In addition, the turbidity and z-potential measurements showed that the system of products is not stable in pH range 3-10. Moreover, solubility of samples was quite good, especially for certain samples, it was 97.76±0.04 % and 97.53±0.18%. To conclude, these beverages are high in protein and can serve as nutritional beverages. Regarding the result of this work it can be claimed that electro-activated solutions as extracting agents are quite powerful. Also, additional and very important advantage of electro-activation is option of rejection from conventional chemicals which is an important point for sustainable development.

Sous l’initiative de l’Université Laval, un projet collaboratif a été mis sur pied afin de répondre au besoin des municipalités régionales de comté (MRC) d’avoir un outil pour les aider à procéder à la création d’un plan d’action face à la gestion et l’aménagement de leurs cours d’eau. Ce projet, qui inclut la participation de l’Université de Concordia et l’Institut de Recherche et Développement en Agroenvironnement (IRDA), a comme objectif de développer un outil informatique qui permet d’effectuer des analyses de cours d’eau pour identifier les zones problématiques potentielles. Dans ce cadre, le projet de maîtrise a consisté à participer au développement du progiciel. Les objectifs du projet de maîtrise ont été de supporter le projet en effectuant une revue de littérature, de participer à son développement, de valider que le progiciel puisse bien diagnostiquer certaines problématiques d’un cours d’eau et, finalement, de valider les méthodes de traitements répertoriés. Supporté par la revue de littérature, le progiciel développé est constitué de onze outils qui permettent de produire les éléments nécessaires à l’analyse des cours d’eau. De ces onze outils, dix ont été supportés (testés et documentés) et un a été complètement développé dans le cadre du projet de maîtrise pour intégrer l’outil «Qmax_PBV» qui permet de calculer les débits maximaux. Les données produites par le progiciel nous confirment la possibilité d’effectuer un diagnostic d’un bassin versant agricole. À partir des données du progiciel, les différents profils transversaux ont été caractérisés soit comme les profils stables, ceux qui s’érodent ainsi que ceux qui présentent de la sédimentation. De cette caractérisation, les observations notées sur le terrain ont été confirmées. Finalement, la méthode d’extraction des profils transversaux qui a été utilisée dans l’un des outils du progiciel a été validée dans le cadre du projet. La méthode de définir des profils transversaux à partir de relevés LiDAR (Roelens et al., 2016) avait été développée avec des LiDAR de densité de 16 pts/m2. L’objectif a été de définir s’il est possible de l’appliquer avec un LiDAR d’une densité de 1pt/m2. L’évaluation qualitative de 21 profils nous a permis de déterminer que la largeur minimale de la zone d’échantillonnage de points LiDAR considérée comme convenable pour l’obtention des profils est de 6 m.

Les plantes sont des hôtes prometteurs pour la production de protéines recombinantes d’intérêt médical et de nombreuses études ont été réalisées au cours des années pour optimiser le taux d’expression des transgènes ou la maturation des protéines en systèmes végétaux. En comparaison, les connaissances demeurent limitées au sujet de l’influence des facteurs environnementaux et des pratiques culturales sur l’expression et le rendement en protéines recombinantes dans les plantes. Les pratiques culturales courantes en serriculture, si elles permettent en général une production importante de biomasse et des rendements élevés en produits horticoles, ne sont pas nécessairement bien adaptés à la production de protéines recombinantes dans un contexte de moléculture. Dans cette étude, nous avons étudié les effets d’un enrichissement en CO2 atmosphérique, d’une forte irradiance sur le couvert végétal, d’une fertigation riche en ammonium et d’une densité de plantation élevée sur la croissance, le développement et le rendement en protéine recombinante chez l’hôte d’expression Nicotiana benthamiana utilisé pour la production du principe actif d’un vaccin contre la grippe, l’hémagglutinine H1 du virus de l’influenza. En bref, nos données ont montré les effets positifs (1) d’un enrichissement en CO2, d’une forte luminosité, d’un éclairage intercalaire dans la canopée végétale ou d’une solution nutritive riche en ammonium sur la production de biomasse et le contenu en protéines dans la plante; et (2) d’un éclairage intercalaire et d’une forte densité culturale sur le rendement en protéine H1 par unité de surface en culture. En revanche, le rendement en H1 n’a pas été altéré, ou l’a été négativement, sous de fortes concentrations en CO2 atmosphérique, sous une forte luminosité au-dessus du couvert végétal ou par une solution nutritive riche en ammonium. En somme, nos données indiquent que les conditions de culture optimales pour la production de produits horticoles en conditions confinées peuvent ne pas être appropriées dans un contexte de moléculture où l’objectif ultime est le rendement en protéine recombinante, non pas la production de biomasse foliaire, la teneur en nutriments ou le rendement en fruits ou en fleurs. / Plants are promising hosts for the production of medically-useful recombinant protein sand numerous studies have been done over the years to optimize transgene expression rates and protein maturation processes in plant systems. By comparison, little is still known about the influence of basic environmental factors and cultural practices on the expression and yield of heterologous proteins in plants. Current cultural practices in greenhouse settings, that generally allow for an increased biomass or food/flower product yield, are not necessarily well suited to recombinant protein production in a molecular farming context. In this study, we investigated the effects of CO2 enrichment, supplemental lighting, ammonium fertigation and plant culture density on growth, development and recombinant protein yield of the protein expression host Nicotiana benthamiana used to express the flu vaccine antigen influenza virus hemagglutinin H1. In brief, our data showed (1) atmospheric CO2 enrichment, high-light irradiance, supplemental LED inter-lighting in the plant canopy and high-ammonium fertigation to enhanced leaf biomass production and endogenous protein content on a plant basis, and (2) LED inter-lighting or elevated plant density to increase recombinant protein yield on a whole-crop area basis. On the other hand, H1 content was not influenced or negatively affected by CO2 enrichment, high-light irradiance or high-ammonium supply on a leaf fresh weight basis. Overall, our findings indicate that the optimal cultural practices for the production of horticultural food products or ornementals in controlled environment settings may not be optimal in molecular farming settings, where the ultimate goal is recombinant protein yield and quality, not leaf biomass, nutrient content, fruit yield or flower quality.

L’utilisation de l’ultrafiltration (UF) pour la concentration du lait de fromagerie est une pratique courante en industrie laitière. Dépendamment de l’usage de ce type de concentré, plusieurs avantages y ont été associé, tels que des gains de rendements et de productivité. D’autres procédés baromembranaires, tels que l’osmose inverse (RO) et la nanofiltration (NF), actuellement utilisés pour la gestion des effluents de l’industrie laitière, semblent prometteurs pour réaliser cette étape de concentration du lait de fromagerie. En effet, les gains de rendements attendus avec ces deux procédés sont plus élevés qu’avec l’ultrafiltration car tous les composés du lait sont concentrés et peuvent potentiellement être retenus dans le fromage. De plus, le perméat généré ne contient essentiellement que de l’eau et peut être réutilisé au sein de l’usine. Cependant, ces types de concentrés laitiers (NF et RO) ne sont que peu connus et leur utilisation en fromagerie ne peut être envisagée actuellement. Le but de ce projet était donc de caractériser les concentrés laitiers provenant de l’osmose inverse ou de la nanofiltration du lait et de comprendre les facteurs influençant leurs propriétés fromagères. Une première étude a permis de mettre en évidence l’impact des procédés de concentration du lait sur les propriétés physico-chimiques des concentrés. Il a été montré que les équilibres entre les phases soluble et colloïdale n’étaient pas impactés de façon notable par la concentration du lait, que ce soit par UF, NF ou RO. Ces deux derniers procédés ont, en revanche, mené à une diminution du pH et une augmentation de la force ionique et de la viscosité des concentrés. A pH constant et teneur en protéines similaires, les propriétés de coagulation par la présure ont été impactées par le type de concentrés utilisé et globalement un concentré UF avait de meilleures propriétés de coagulation qu’un concentré NF ou RO. Ces différences ont été attribuées à la force ionique élevée et/ou à la viscosité élevée. Cette première partie a donc permis de déterminer l’impact du procédé de concentration sur les caractéristiques des concentrés et de mettre en évidence les différences de propriétés entre plusieurs types de concentrés laitiers. Dans une seconde étude, l’impact du type de concentré et de l’ajustement de pH sur les propriétés de coagulation par la présure a été déterminé. Les résultats obtenus dans la première partie du projet ont montré des différences de temps de coagulation des concentrés UF et RO. Pour mieux comprendre quel paramètre était responsable, les cinétiques d’hydrolyse de la caséine κ par la présure ont été étudiées. Deux résultats majeurs ont pu être mis en évidence. Premièrement, de faibles variations de pH ont permis d’obtenir des cinétiques de coagulation par la présure similaires entre un concentré RO et un concentré UF, malgré les différences importantes de composition. Deuxièmement, à même pH, les cinétiques d’hydrolyse étaient similaires entre ces deux concentrés et ainsi, les temps de coagulation dépendaient du degré d’hydrolyse au point de coagulation. Finalement, la troisième étude réalisée a permis de déterminer la contribution du lactose et des minéraux aux propriétés fromagères des concentrés RO et d’évaluer l’impact d’une modification des équilibres salins (déminéralisation de la micelle de caséines) des concentrés sur leurs propriétés fromagères. Les teneurs importantes en lactose et en minéraux ont été, conjointement, responsables des principales différences observées au niveau des propriétés de coagulation par la présure entre un concentré RO et UF. En revanche, seul le lactose était à l’origine de l’augmentation des rendements fromagers observée avec l’utilisation de concentrés RO. La déminéralisation de la micelle de caséine, via ajout de NaCl, a un impact négatif sur les propriétés fromagères des concentrés avec une perte de matière grasse marquée et une baisse des rendements fromagers, et n’est donc pas un moyen intéressant pour améliorer les propriétés fromagères des concentrés. Ce projet a permis d’apporter de nouvelles connaissances sur les concentrés laitiers produits par osmose inverse, et dans une moindre mesure par nanofiltration, et de mettre en évidence l’impact de ces procédés de concentration sur les propriétés fromagères des concentrés. La meilleure compréhension de ces systèmes laitiers et des facteurs affectant leurs caractéristiques permet de fournir des pistes à envisager pour optimiser leur utilisation en fromagerie. / The use of pressure-driven membrane processes is a common practice in the dairy industry, and ultrafiltration (UF) is widely used for the concentration of cheesemilk. Depending on how the UF concentrate is used, several advantages have been claimed, such as yield and productivity gains. Other membrane processes, such as reverse osmosis (RO) and nanofiltration (NF), are currently used for the management of effluents in the dairy industry and could be promising for cheesemilk concentration. Indeed, they are expected to lead to higher yield gains than UF concentrates, due to the concentration of all milk compounds and the retention of some of them in the cheese. In addition, the permeates generated contain essentially water and can be reused within the plant. However, only little information can be found about these types of milk concentrates and more knowledge is needed to consider their use for cheesemaking. The purpose of this project was therefore to characterize the milk concentrates from reverse osmosis and nanofiltration and to study their cheesemaking properties. A first study highlighted the impact of the milk concentration process on the physicochemical properties of the concentrates. It has been shown that the equilibria between the soluble and colloidal phases were not significantly affected by the concentration of milk, using UF, NF or RO. The latter two processes, on the other hand, have led to a decrease in pH and an increase in ionic strength and viscosity of the concentrates. At constant pH and similar protein content, rennet coagulation properties were affected by the type of concentrates used and, overall the UF concentrate had better coagulation properties than NF or RO concentrates. These differences were attributed to their high ionic strength and/or high viscosity. This first part, therefore, allowed us to have an overview of the impact of the concentration process on the concentrates characteristics and to highlight the differences in properties between various types of milk concentrates. A second study investigated the impact of the type of concentrate and pH adjustment on the rennet coagulation properties. The results obtained in the first part of the project showed the differences in coagulation times of UF and RO concentrates. To understand which parameter was responsible for those differences, the kinetics of κ- casein hydrolysis by rennet were studied. Two major results were highlighted. First, small pH variations allowed to obtain similar rennet coagulation kinetics between RO and UF concentrates, despite the significant differences in composition. Secondly, at the same pH, the hydrolysis kinetics were similar between these two concentrates and the differences in coagulation time were due to variation in the degree of hydrolysis at the coagulation point. Finally, the third study carried out highlighted the contribution of the high lactose and salts contents on the impaired cheesemaking properties of RO concentrates. Furthermore, the impact of a change in salt equilibrium (reduced micellar salt content) on the cheesemaking properties of milk concentrates was also studied. The high contents of lactose and salts were both responsible for the impaired rennet gelation properties of RO concentrates. However, the high lactose content alone was accountable for the increased cheese yields with the use of RO concentrates. Reducing the mineral charge of the micelles, via addition of NaCl, had a negative impact on the cheesemaking properties of concentrates with marked fat losses and decreased cheese yields. This approach is then not suitable to improve the cheesemaking properties of milk concentrates. This project provided new knowledge on milk concentrates produced by reverse osmosis, and to a lesser extent by nanofiltration, as well as on the impact of these concentration processes on the cheesemaking properties of the concentrates. The better understanding of these concentrates is necessary to optimize their use in cheesemaking.

Cette étude porte sur la pertinence économique de la stabilité des marchés agricoles. Pour ce faire, nous avons exploré les explications proposées par la littérature économique sur la dynamique des marchés agricoles, notamment les effets de la volatilité des prix sur l’allocation optimale des ressources au niveau du producteur et sur l’efficience des marchés. De plus, les effets de la stabilité des prix, associés particulièrement à la gestion de l’offre, sont évalués qualitativement à l’aide d’une enquête auprès d’acteurs du secteur agroalimentaire québécois. Une certaine littérature économique considère que le risque et l’incertitude, liés à la volatilité des prix, impactent négativement l’atteinte d’un optimum économique théorique. De mini-études de cas et les résultats de notre enquête semblent confirmer ces effets. Nos résultats suggèrent que les agriculteurs accordent une grande importance à la stabilité des prix en général. La prévisibilité des prix facilite l’optimisation de la production et la gestion financière des fermes. Des prix stables, qui reflètent le coût de production, contribuent à la pérennité de ces fermes dès lors qu’ils peuvent rémunérer suffisamment les exploitants ainsi que les actifs utilisés. Ils sont donc un incitatif aux investissements et aux projets de croissance, lesquels bénéficient aux fournisseurs d’intrants et de services, selon les principaux intéressés. Finalement, la stabilité des marges, associée à la gestion de l’offre, est perçue comme étant une contribution positive à la vitalité économique des villages québécois, ainsi qu’à la présence et la diversité des modèles de production agricole. / This study focuses on the economic relevance of stable agricultural markets. To do this, we explored the explanations offered by the economic literature on the dynamics of agricultural prices, including the effects of price volatility on the optimal allocation of resources at the producer level and the efficiency of markets. In addition, the effects of price stability, associated for instance with supply management, are qualitatively assessed by surveying stakeholders of the Quebec's agrifood sector. Some economic literature considers that the risk and uncertainty associated with price volatility negatively impact the economic optimum. Mini-case studies and the results of our survey seem to confirm these effects. Our results also suggest that farmers attach great importance to price stability in general. Predictability of prices facilitates the optimization of production and the financial management of farms. Stable prices, which reflect the cost of production, contribute to the sustainability of farms as they adequately pay farmers and their assets. Hence, they are an incentive for investments and growth projects that, in turn, benefit input and service providers, according to key stakeholders. In the end, the stability of the margins associated with supply management is seen as a positive contribution to the economic vitality of Quebec villages, as well as to the presence and diversity of agricultural production models.

Plusieurs aliments fonctionnels sont et seront développés à partir de molécules aux propriétés nutraceutiques. Parmi ces molécules, l’épigallocatéchine-3-gallate (EGCG), principal antioxydant du thé vert, présente un grand intérêt en raison de ses propriétés antioxydantes qui pourraient jouer un rôle préventif vis-à-vis de certaines pathologies. Cependant, sa biodisponibilité est faible à cause de son instabilité en milieu intestinal. De son côté, la β-Lactoglobuline (β-Lg) est connue pour sa capacité à lier des molécules bioactives les protégeant de l’oxydation. L’objectif général de ce projet de recherche vise à étudier les interactions entre l’EGCG et la β-Lg et l'impact de ces interactions sur les propriétés fonctionnelles du système formé. La caractérisation moléculaire des interactions entre l’EGCG et la β-Lg, à l’état natif et dénaturé thermiquement, a été réalisée par des méthodes spectroscopiques. Les résultats montrent que l’EGCG interagit avec la β-Lg au niveau moléculaire en formant un complexe 1:1 induisant un changement de la structure moléculaire de la β-Lg. L'interaction provoque une diminution de l’activité antioxydante de l’EGCG dans toutes les conditions étudiées. Cependant, on observe que la β-Lg assure une protection limitée à l'EGCG contre la dégradation dans le temps : la forme dénaturée de la protéine à pH 7 étant légèrement plus efficace. L’impact de l’EGCG sur le comportement thermique de la β-Lg et sur la microstructure des gels obtenus a été étudié par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et par microscopie électronique. La présence d’EGCG change le profil d’agrégation de la protéine. Cependant, ces interactions n'entraînent pas de changements majeurs dans la microstructure des gels formés, qu'il s'agisse des gels filamenteux ou particulaires. Cette étude démontre que la β-Lg peut lier l’EGCG et maintenir une activité antioxydante non négligeable dans les deux types des gels formés par la protéine. / Molecules with nutraceutical properties can be used to develop functional foods. The major antioxidant in green tea, epigallocatechin-3-gallate (EGCG), could be valuable for preventing certain pathologies. However, its bioavailability in the intestine needs to be improved. The milk protein β-lactoglobulin is known for its ability to protect bioactive molecules from oxidation. The general aim of this research was to study EGCG–β - lactoglobulin interactions and their effects on nutraceutical functionality using spectroscopic methods. The results show that EGCG forms complexes with β-lactoglobulin in a 1:1 ratio and induces changes in the molecular structure of the protein. This interaction causes a decrease in the antioxidant activity of EGCG. However, EGCG degradation is slowed, more in the case of thermally denatured β-lactoglobulin. Using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and electron microscopy to study β-lactoglobulin thermal behaviour and gel microstructure, it was determined that binding EGCG changes the protein aggregation pattern but has little effect on the microstructure of filamentous gels or particulate gels. This study shows that both types of β-lactoglobulin gel can bind EGCG and maintain its antioxidant activity.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020. / La polarisation de concentration et le colmatage membranaire sont deux problèmes communs en électrodialyse qui affectent l’intégrité des membranes et l’efficacité du procédé de déminéralisation du lactosérum doux. L’utilisation des champs électriques pulsés (CÉPs) est l’une des méthodes les plus prometteuses pour contrer ces phénomènes. Néanmoins, les CÉPs n’ont jamais été étudiés pour la déminéralisation de solutions alimentaires complexes comme le lactosérum doux. Sept combinaisons de CÉPs (0.1s-0.1s, 1s-0.1s, 1s-1s, 10s-0.1s, 10s-1s, 10s-10s et 100s-1s) ont été testées pour évaluer leur impact sur la déminéralisation du lactosérum doux en comparaison avec le procédé conventionnel d’électrodialyse en courant continu (CC). Par rapport au CC, il a été démontré que les CÉPs avec les plus hautes fréquences, tels que 0.1s-0.1s (5 Hz), amélioraient le taux de déminéralisation de 81 % pour le même nombre de charges transportées tout en diminuant l’énergie consommée de 20 % pour le même taux de déminéralisation. Quelle que soit la condition de CÉP testée, un gain en transfert de masse élevé a été observé au début de la période d’impulsion, ce qui causait une chute du potentiel électrique des membranes environ 10 fois plus élevée que les valeurs moyennes observées en CC. Ce gain rapide en transfert de masse, présent seulement au début de la période d’impulsion, a permis la formation de phénomènes complexes, semblables à ceux observés en régime de courant surlimite, tels qu’un glissement électroosmotique de second degré avec l’émergence de vortex électroconvectifs (VEC) et la dissociation des ions H+ des acides faibles. Les CÉPs de haute fréquence donnaient lieu à une répétition plus fréquente de ce gain, en plus d’avoir un temps de pause suffisamment court pour maintenir les vortex. Ainsi, malgré le temps de pause de la condition 0.1s-0.1s (la plus haute fréquence testée), sa durée de traitement totale a été la même que le CC pour atteindre le même taux de déminéralisation tout en diminuant les variations de pH et l’énergie consommée. / Concentration polarization phenomena and membrane fouling remain the most common problems in electrodialysis (ED) that alter irreversibly the membrane integrity and decrease the process performance. The use of pulsed electric field (PEF) in ED is one of the most promising methods to counteract these both types of limitations. Nevertheless, PEF-ED has never been studied for the demineralization of complex food solutions such as sweet whey. Seven PEF combinations (0.1s-0.1s, 1s-0.1s, 1s-1s, 10s-0,1s, 10s-1s, 10s-10s and 100s-1s) were tested to assess their impacts on the demineralization of sweet whey in comparison with the conventional continuous current (CC) process. It was shown that PEF with higher frequencies, such as 0.1s-0.1s (5 Hz), improve the demineralization rate by 81 % for the same number of charges transported while decreasing energy consumption by 20 % for the same demineralization rate in comparison with CC. Regardless of the PEF condition tested, a gain in mass transfer was observed at the beginning of the pulse lapse increasing the potential drop of membranes around 10 times higher than the average value observed in the case of CC. This high gain in mass transfer only present at the beginning of the pulse lapse allowed complex phenomena, similar to those observed in the overlimiting current regime, such as an electroosmotic slip of the second kind with the emergence of electroconvective vortices (ECV) and the dissociation of weak acids from their H+ ions. PEF conditions with higher frequencies have a more frequent repetition of this gain while having a pause lapse short enough to maintain the vortices. Hence, despite the pause lapse of the 0.1s-0.1s condition (the highest frequency tested), its duration was the same as the CC condition to reach the same demineralization rate, with lower pH variations and energy consumption.

L’ajustement protéique du lait de fromagerie par ultrafiltration (UF) est une pratique courante, mais très peu d’études ont porté sur l’utilisation de l’osmose inverse (OI) pour la fabrication fromagère. La préconcentration du lait de fromagerie par OI permettrait d’améliorer l’éco-efficience du procédé, ainsi que d’augmenter l’efficacité de production et les rendements. Des travaux récents ont montré que les fromages fabriqués à partir des concentrés d’OI contiennent une teneur importante en lactose et en minéraux et sont plus humides que les autres types de fromages. Dans le cadre de ce projet de recherche, l’ajustement du pH, le lavage du caillé et l’utilisation d’un agent chélateur du calcium sont les leviers qui ont été évalués pour leur potentiel à égoutter et à déminéraliser le fromage. Les propriétés fromagères ont été étudiées en comparaison avec celles des concentrés d'UF. Dans cette étude, il a été possible d’explorer une nouvelle application d’un sel habituellement utilisé pour la fabrication des fromages fondus. Le salage à sec avec le citrate de sodium (TSC) a amélioré la rétention du gras de 4,56 % dans les fromages d’OI, mais des études complémentaires de distribution minérale seront nécessaires pour déterminer s’il s’agit d’un levier d’intérêt. Dans les conditions testées, le lavage du caillé n’a pas amélioré les propriétés des concentrés d’OI. L'acidification a permis d’augmenter les rendements, la rétention du gras et l’égouttage et a diminué la teneur en minéraux et le ratio calcium total / protéines du fromage modèle. Les rendements obtenus lors de la fabrication fromagère à partir des concentrés d’OI étaient de 2 à 3 % supérieurs à ceux obtenus en UF. Cette étude suggère que le pH peut jouer un rôle majeur dans l'amélioration de la qualité des fromages faits de concentrés d'OI et que ce type de concentré peut contribuer à améliorer significativement les rendements fromagers par rapport à l’UF. / The protein adjustment of cheese milk by ultrafiltration (UF) is a common practice, but very few studies have focused on the use of reverse osmosis (RO) for cheesemaking. Milk preconcentration by RO prior to cheesemaking could improve the eco-efficiency of the process, as well as to increase production efficiency and yields. Previous studies have shown that cheeses made from RO concentrates have a high content of lactose, minerals and moisture in comparison to other types of cheeses. As part of this research project, pH adjustment, curd washing and the use of a calcium chelating agent are the levers that have been evaluated for their potential to decrease the level of moisture and minerals in the cheese. Cheesemaking properties of RO concentrates have been studied in comparison with those of UF concentrates and non-concentrated milk. In this study, it was possible to explore a new application of a chelating salt usually used in processed cheese. Dry salting with trisodium citrate (TSC) improved fat recovery by 4.56%, but further studies of mineral distribution will be necessary to determine if it is a lever of interest. In the conditions tested, washing the curd with water or with TSC solution did not improve the properties of RO concentrates. Acidification helped to increase yields, fat recovery and curd drainage and decreased the mineral content and total calcium / protein ratio of model cheese. The yields obtained during cheesemaking from RO concentrates were 2 to 3 % higher than those obtained with UF. This study confirms the importance of controlling pH in cheesemaking and its fundamental impact on cheese mineralization and moisture. It also suggests that pH can play a major role in improving the quality of cheese made from RO concentrates and that this type of concentrate can significantly improve cheese yields compared to UF.