Les carences nutritives sont responsables de diminutions significatives de la croissance et du rendement des végétaux. Afin de réduire leurs effets néfastes il est important de les détecter le plus tôt possible. Les méthodes actuelles de détection nécessitent la collecte de matériel végétal, leur analyse chimique ainsi que la détermination de ‘seuil de carence’ selon des grilles pré-établies de composition chimique des feuilles, par exemple. L’ensemble de ces méthodes requiert beaucoup de temps et le diagnostic tombe parfois trop tard pour une fertilisation de correction. La télédetection par réflectance et fluorescence pourrait permettre la détection de carences nutritives en temps réel. Dans le cadre de ce projet de recherche nous avons évalué le potentiel de détection des carences nutritives sur des feuilles de végétaux, par réflectance passive et fluorescence active. Pour ce faire, nous avons induit trois carences nutritives (N, K, Mg) sur des plants de pomme de terre. La carence en azote a significativement réduit la croissance des plants contrairement aux carences en K ou Mg. Le potentiel de détection des carences par réflectance et fluorescence a été influencé par cette réduction de la croissance et il était beaucoup plus aisé de détecter les carences en azote que les carences en potassium ou en magnésium. Nous avons aussi développé un indicateur de déséquilibre azoté basé sur le calcul du diagnostic de composition nutritive (CND). Cet indicateur est composé d’une variable canonique intégrant l’information des 24 indices de réflectance et fluorescence. Il a permis la détection des plants en déséquilibre azoté à près de 70 %. Nous avons aussi évalué l’impact de l’angle de mesure et de la densité de nervures des feuilles exposées au fluorimètre, sur le potentiel de détection des carences nutritives. Le potentiel de détection des carences azotées est augmenté lorsque le fluorimètre est incliné et que les plus vieilles feuilles de même que celles ayant une densité de nervures plus faible sont ciblées. Ce projet de recherche a donc permis de confirmer le potentiel de la réflectance et de la fluorescence pour la détection des carences nutritives en plus de déterminer un indice de déséquilibre nutritif basé sur des mesures de télédétection et de conclure que les mesures de fluorescence à un angle de vue près du nadir ne sont pas nécessairement optimales pour la détection de certaines carences nutritives. Cette recherche, en plus d’être innovatrice permet d’améliorer le rendement des végétaux dans un contexte de développement durable. / Nutrient deficiencies are responsible for significant reductions of crop growth and yields. In order to reduce their negative impacts, it is important to detect those deficiencies as early as possible. Current methods include plant material collection and chemical analyses that may not provide deficiency detection within the time-window necessary for plant response to recovery fertilization. Reflectance and fluorescence are two methods associated with remote sensing. In this research project we evaluated the potential of reflectance and fluorescence to detect nutrient deficiencies in crops. To do so, we induced three nutrient deficiencies (N, K, Mg) on potato plants. The nitrogen deficiency significantly reduced crop growth contrary to K or Mg deficiencies. The potential of reflectance and fluorescence to detect nutrient deficiencies was related to growth reduction and it was easier to detect nitrogen deficiency than magnesium or potassium deficiencies. We also developed a nitrogen imbalance indicator based on the computation of the compositional nutrient diagnosis (CND). This indicator corresponds to a canonical variable including information coming from 24 reflectance and fluorescence indices. It allowed the detection of nearly 70% of nitrogen-imbalanced plants. Moreover, we also evaluated the impact of the angle of view and of veins density on the detection of nutrient deficiencies using fluorescence. The detection of nitrogen deficiencies was improved when the fluorometer was inclined and faced older leaves or leaves having a lower density of veins. The research project confirmed the potential of reflectance and fluorescence for the detection of nutrient deficiencies; it introduced a new nitrogen imbalance index integrating CND and remote sensing data; and it determined that a near-nadir angle of view was not well-suited for the detection of some specific nutrient deficiencies. This research project will help to improve crop yield in a sustainable management context.

Les techniques de biodétection optique qui utilisent les résonances d'une cavité à géométrie circulaire ou sphérique ont démontré une sensibilité exceptionnelle. Ces résonances à haut facteur de qualité sont connues sous le nom de modes de galerie. Toutefois, les configurations actuelles de ces biocapteurs sont difficiles à intégrer dans un dispositif simple et peu dispendieux. La stratégie de détection présentée emploie des microsphères fluorescentes comme cavité résonnante, ce qui simplifie grandement les exigences pour l'excitation de ces modes. Notre méthode d'analyse spectroscopique compare le spectre expérimental d'une microsphère fluorescente contenant des modes de galerie au spectre prédit par le modèle de Chew. Cette étape permet d'obtenir l'indice de réfraction de solutions aqueuses homogènes, contenant de l'isopropanol, l'éthanol et du methanol. Pour des concentrations inférieures à 0.3 M, les mesures sont en accord avec les techniques de réfractométrie standard à l'intérieur d'un écart-type. Dans une solution non homogène, la méthode de détection repose sur des déviations par rapport au modèle de Chew qui indiquent la présence d'analytes biologique sur la surface de la microsphère. Les concentrations limites atteintes sont de l'ordre de 10 //g/ml pour des protéines et de 6 x 106 bactéries/ml pour des bactéries de type E. coli. Finalement, la caractérisation du biocapteur avec une pince optique permet d'estimer la limite supérieure de sensibilité de la méthode aux environs de 5 E. coli par microsphère et de la mettre en contexte par rapport aux autres technologies de biodétection.

Une chambre d'aérosols a été conçue afin d'étudier l'émission de fluorescence de divers aérosols biologiques. La chambre d'aérosols constitue une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle les paramètres environnementaux peuvent être entièrement contrôlés. La conception de l'enceinte est basée sur l'équation lidar générale solutionnée pour des cibles fluorescentes, ainsi que sur une illumination à courte portée avec un alignement biaxial. Une estimation du seuil de détection a été obtenue en utilisant des mesures prises avec le système lidar SINBAHD de RDDC comme point de comparaison. Le niveau de bruit dans l'enceinte, l'étanchéité, la capacité du système à produire des aérosols de manière contrôlée ont été caractérisés. Le système a ensuite été calibré afin de pouvoir comparer les résultats obtenus avec tout autre système lidar. Une cible de fluorescence de référence a été utilisée pour évaluer la réponse spectrale du système et obtenir sa fonction de transfert. Le même procédé a été réalisé avec le système SINBAHD pour valider la qualité de la calibration. Cette calibration rend les signatures spectrales obtenues indépendante de l'instrument utilisé, et permet de calculer les sections efficaces d'émission de fluorescence des aérosols étudiés. Les sections efficaces de six pollens ont été mesurées. Diverses souches de bactéries Bacillus atrophaeus, Bacillus cereus, Escherichia coli ainsi que du champignon Pénicillium chrysogenum ont été étudiées en fonction de leur stade de croissance, du mode deactivation et de l'environnement. Les résultats démontrent que diverses souches d'une même bactérie, et à plus forte raison diverses espèces, présentent des sections efficaces de fluorescence distinctes. La température de l'environnement n'influence pas les signatures. L'humidité ne joue pas un rôle constant. L'utilisation de l'amplitude et de la forme spectrale des signatures de fluorescence sont toutes deux nécessaires pour différencier les aérosols entre eux.

Le défi proposé était d'obtenir une mesure en direct du voltage présent sur une membrane bactérienne. D'abord, nous avons construit et inséré dans nos cellules E. coli un plasmide contenant le canal ionique dépendant du voltage NaChBac (Bacillus halodurans). ha, mesure d'une discontinuité dans le courant (au voltage bien documenté correspondant à l'ouverture du canal) devait permettre de calibrer la tension appliquée. Malheureusement, la présence de courants de fuite a masqué ce signal. Parallèlement, nous avons marqué la membrane avec l'ANNINE-6plus, une sonde fluorescente potentiométrique soluble dans l'eau à large décalage Stark. La fluorescence mesurée variait de ~1,5 % pour un changement de 150 mV sur la membrane. À notre connaissance, il s'agit des premières mesures optiques en temps réel du voltage sur une membrane bactérienne, bien qu'il faille en améliorer le signal et la robustesse.

Le microbiote intestinal constitue un réservoir d'activités enzymatiques riche et varié dont l'expression fait partie intégrante de la physiologie de l'organisme et influe sur sa santé. La mise en évidence par méthodes culturales classiques des Archaea méthanogènes est difficile et n'a permis à ce jour que la mise en évidence de 2 Methanobacteriales hydrogénotrophes au sein de ce microbiote : Methanobrevibacter smithii et Methanosphaera stadtmanae. Les travaux de cette thèse ont eu pour but d'apporter une vision moléculaire nouvelle de la diversité des Archaea méthanogènes du microbiote et de rechercher l'influence de l'âge sur ces communautés. Ces travaux ont été menés par analyse d'une partie du cistron mcrA, marqueur moléculaire spécifique de la méthanogenèse, et du gène codant pour l'ARNr 16S. Ces études ont révélé une plus grande diversité des Archea colonisant cet écosystème et ont mis en évidence de nouveaux phylotypes ne pouvant être rattachés à aucun des 5 ordres méthanogènes précédemment décrits. Ils correspondent probablement à d'autres espèces méthanogènes affiliées aux Thermoplasmatales ou cohabitent avec des membres encore inconnus des Thermoplasmatales. Une étude réalisée sur 63 individus répartis en nouveau-nés, adultes et seniors a montré que la fréquence de ces nouveaux phylotypes augmente avec le vieillissement. Ces résultats interrogent à la fois sur l'origine de ces divers organismes et leur présence au sein du mcrobiote intestinal du sujet âgé et soulignent notre relative méconnaissance d'un des trois domaines du vivant.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le stratum corneum (SC), couche supérieure de l’épiderme, est composé principalement de cornéocytes entourés d’une matrice lipidique. Cette structure particulière confère au SC son rôle de barrière et protège l’organisme de la perte en eau, de la pénétration de substances exogènes et de l’irradiation ultra-violette (UV). La matrice lipidique du SC est constituée de trois lipides majeurs : les céramides, les acides gras et le cholestérol organisés en phase cristalline. Cette matrice est la principale voie de pénétration des molécules exogènes à travers la peau. L’estimation de l’absorption cutanée pour l’analyse du risque des produits cosmétiques est basée sur les recommandations de l’Organisation de Coopération et de Développement Économiques (OCDE) qui prend en compte les propriétés physicochimiques des molécules i.e. Log Pow (lipophilie) et MW (masse moléculaire). En effet, l’OCDE considère une absorption de 100% pour une molécule ayant une MW inférieure à 500g/mol et un Log Pow compris en -1 et +4. En dehors de ces valeurs, l’OCDE applique une estimation de 10%. Hors, cette estimation est bien souvent loin de la réalité et a besoin d’être affinée. Notre travail s’est focalisé sur le développement d’un critère d’évaluation de la pénétration cutanée afin de moduler les données de l’OCDE par trois approches différentes : chromatographie d’affinité, spectroscopie de fluorescence et microspectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier (FTIR) avec une source synchrotron. Etant donné que les propriétés barrières de la peau sont étroitement liées à la composition en céramides du SC, les méthodes développées en chromatographie d’affinité et spectroscopie de fluorescence se sont focalisées sur l’interaction céramide-molécules. Un critère prédictif de la pénétration percutanée a été défini avec chacune de ces méthodes :  et I. La troisième méthodologie a consisté à développer un autre critère (Sindex) par microspectroscopie FTIR avec une source synchrotron. La distribution cutanée des molécules a été suivie sur coupes microtomées de biopsies humaines. A partir de Sindex, une cartographie prédictive de la pénétration percutanée des molécules a été établie. Notre design expérimental comprenait des molécules (filtres UV, conservateurs, actifs cosmétiques) avec des Log Pow et MW variés (cf annexe 1). La pénétration cutanée de ces molécules a été étudiée avec une méthode de référence : cellules de Franz couplées à la chromatographie. Ces données de référence ont servi à valider les modèles et critères prédictifs développés. Ce travail a permis d’explorer de nouvelles pistes pour l’étude prédictive de la pénétration percutanée et de développer ainsi de nouveaux critères. Utilisés en complément des propriétés physicochimiques des molécules, ces nouveaux critères permettent d’affiner l’estimation de la pénétration cutanée de molécules exogènes pour l’analyse du risque. / The stratum corneum (SC) is the upper skin layer and due to its particular composition, corneocytes embedded in a lipidic matrix, it owns a role of barrier function and protects our body against water loss, penetration of exogenous molecules and UV irradiation. Its lipidic matrix is composed of three major lipids: fatty acids, cholesterol and ceramides, organised in liquid crystalline phase. This high cohesion creates cement between corneocytes. This cement is the principal pathway taken by the exogenous molecules to penetrate the skin. Percutaneous penetration estimation of cosmetic products is today based on the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) recommendations, regarding molecules structural characteristics i.e. Log Pow (polarity) and MW (molecular weight). The OECD claims that 100% dermal absorption may be assumed if the exogenous molecule molecular mass is lower than 500 g/mol and Log Pow ranged between -1 and +4. Besides these values, a 10% coefficient is applied. This approach is sometimes far from reality. Our work focused on developing new evaluation criteria of percutaneous penetration from three different approaches: affinity chromatography, fluorescence spectroscopy and FTIR microspectroscopy with a synchrotron source in order to modulate OECD predictions. Considering that skin barrier properties are closely linked to ceramide composition and conformation within the SC, two methods were developed to study the interaction between ceramides and exogenous molecules by affinity chromatography and fluorescence spectroscopy. A predictive criterion of percutaneous penetration was developed from each of these methods:  and I. The third methodology consisted of developing a predictive criterion, Sindex, by FTIR microspectroscopy with a synchrotron source, on microtomized cuts of human skin biopsies. A predictive cartography was build from Sindex. Our experimental design included exogenous molecules (e.g. UV filters, preservatives, cosmetic actives) with various Log Pow and MW (cf annexe 1). Molecules skin penetration was studied with a Franz cell device coupled to HPLC analysis. These results served as reference data to validate our predictive models and criteria.This work permitted to set up new methods for predicting skin penetration of exogenous molecules and to develop complementary predictive criterion to Log Pow and MW. These new criterion will serve to modulate OECD predictions.

Les protéines GRA sont sécrétées par le parasite intracellulaire Toxoplasma gondii dans la vacuole parasitophore, où elles interagissent pour la plupart avec deux systèmes de membranes tubulaires : les tubules séquestrant des organites de l'hôte (HOSTs) et le réseau de nanotubes membranaires (RNM). Bien que la plupart des protéines GRA contiennent des domaines transmembranaires potentiels, elles sont sécrétées sous des formes solubles et ne s'associent à des membranes qu'une fois qu'elles ont atteint leurs membranes-cibles dans la vacuole. Cette propriété inhabituelle nous a amenés à les considérer comme des modèles intéressants pour l'étude d'interactions protéinemembrane. J'ai développé deux approches expérimentales pour étudier les interactions des protéines GRA, extraites du parasite ou de la vacuole, avec des membranes-modèles. Premièrement, des approches biochimiques m'ont amenée à caractériser les formes de solubilisation des protéines GRA et leur association avec les membranes des petites vésicules unilamellaires (SUVs). Deuxièmement, j'ai développé une approche par spectroscopie de fluorescence, de protéines GRA associées aux membranes de vésicules unilamellaires géantes (GUVs). Les résultats fournissent des éléments de réponse qui (1) aident à décrypter le trafic des protéines dans le parasite et dans la vacuole et (2) ouvrent la voie pour la mise en place d'un système in vitro pour l'étude de la maturation de la vacuole parasitophore et de ses membranes tubulaires internes.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le caoutchouc naturel (NR pour Natural Rubber) est une matière première indispensable à la fabrication de milliers de produits !Le choix du latex naturel tient principalement à ses propriétés physico-chimiques intrinsèques bien supérieures à celles des latex synthétiques. Industriellement, le NR est cependant rarement utilisé seul mais associé à des particules de renfort, appelées charges, pour former un matériau composite aux propriétés mécaniques grandement améliorées en particulier la résistance à l’usure.Des études récentes ont mis en évidence que la méthode conventionnelle consistant à introduire les charges sous forme de poudres fines au sein d’un bloc de NR solide ou fondu n’est pas la plus efficace. Une nouvelle approche consistant à mélanger les deux entités, NR et charges, en phase liquide avant séchage s’annonce prometteuse industriellement, mais la littérature à ce sujet est encore très limitée. Ce travail de thèse a visé à parfaire la compréhension des processus gouvernant les interactions NR-charges renforçantes en phase liquide. Pour ce faire nous avons (i) décrit les propriétés physico-chimiques de surface des particules NR en phase liquide, (ii) étudier les effets de la charge renforçante (en termes de taille, composition, fonctionnalisation de surface, concentration) et de la solution (ions valence) sur l'interaction NR-charge et (iii) quantifier les propriétés mécaniques des particules NR.Nous avons été en mesure d’identifier les paramètres clés qui permettent en phase aqueuse diluée, non seulement d’influencer l’interaction particule de NR-charge mais aussi de réguler la dynamique d'interaction et de contrôler la structure des hétéro-agrégats formés.Cette approche originale de l’hétérocoagulation NR-charge en phase liquide ouvre de nombreuses perspectives en vue d’améliorer les propriétés des matériaux composites NR-particules de renfort. / Natural rubber (NR) is an indispensable raw material used in the manufacturing of more than 40,000 products primarily due to its excellent intrinsic physical properties. However, NR is seldom used in its raw state. Often, it needs to be reinforced with particulate fillers (nanoparticles) to further improve its physical strength required for most applications. The precise origin of this mechanical reinforcement effect remains unclear, however, optimal reinforcements appears to depend on the dispersion of filler in the NR matrix and the interaction of NR and filler.It was found that the conventional method of pouring fine powders in a solid block of rubber/melt is not the most efficient way to disperse the fillers. The new alternative approach in which the two components are first dispersed in liquid has shown promising results but available literature is still very limited. Furthermore, the microscopic mechanism involved in the interaction of NR and filler in liquid is still unknown. In this context, we (i) described the physico-chemical surface properties of NR particles in liquid, (ii) identified key filler (size, composition, surface activity, concentration) and solution (ion valence) related parameters to comprehend the structural, morphological, and dynamical evolution of the NR-filler interaction, and (iii) quantified the mechanical properties of the NR particles. With this approach we were able to provide the first reports on the physical processes involved in the interaction of NR and filler. More importantly, a recipe for the basic yet crucial parameters that controls and modulates NR-filler heteroaggregation was established. This could open the way to further understand the reinforcement effect.