Les laitiers d'aciérie de conversion LD sont des co-produits industriels résultant de l'élaboration d'acier en convertisseur à oxygène suivant le procédé Linz-Donawitz. En raison d'un important potentiel d'instabilité, attribué à la chaux et la magnésie vive qu'ils contiennent, ils sont très peu utilisés en technique routière. Ces travaux de thèse, portant sur les laitiers LD produits sur le site d'ArcelorMittal Dunkerque, avaient deux objectifs principaux: (i) identifier les phases minérales mises en cause dans leur instabilité et comprendre les mécanismes qui conduisent aux désordres dimensionnels, (ii) parvenir à isoler sur site industrielles coulées de laitier qui sont suffisamment stables pour une utilisation en technique routière. Il a été montré, par le biais de caractérisations chimique et minéralogique très fines, que ces laitiers contiennent des silicates calciques (essentiellement du silicate bicalcique et très ponctuellement du silicate tricalcique), des ferrites de calcium, des oxydes de fer et deux formes de chaux vive: des nodules et des micro-inclusions. Il a également été établi qu'en l'absence de magnésie vive, la chaux vive est la seule phase minérale à l'origine des désordres dimensionnels et que sa répartition dans les granulats (nodules, micro-inclusions) a une incidence majeure sur leur instabilité. Il semble d'autre part possible, en sélectionnant les coulées de laitier selon des critères précis sur site industriel, de produire des granulats utilisables en enrobé, en couches de base et de fondation ou en enduit superficiel. Ces travaux ouvrent par conséquent de nouvelles perspectives de valorisation des laitiers d'aciérie de conversion LD. / LD converter steel slags are industrial by-products resulting from Linz-Donawitz steelmaking process in oxygen converters. Due to a dimensional instability, attributed to lime and magnesia contained into slag grains, they are not much valuated in road construction. The aim of this PhD thesis, concerning LD steel slags coming from ArcelorMittal Dunkirk steelmaking plant, was : (i) identify the minerai phases responsible for their instability and understand the mechanisms leading to dimensional damages, (ii) isolate into the steelmaking plant the slag outflows that are sufficiently stable for an use in road construction. Carefully chemical and mineralogical characterisations of these slags showed that they contain calcium silicates (essentially dicalcium silicate and punctually tricalcium silicate), calcium ferrites, iron oxides and two forms of lime: sorne nodules and sorne micro-inclusions. It was also established that without the presence of magnesia, lime is the only phase responsible for dimensional damages and that its distribution into slag grains (nodules, micro-inclusions) has a major influence on their stability. Moreover, taking account of certain industrial parameters, it is expected to produce stable slag grains and to incorporate them into wearing course, roadbase, base course or surface dressing. This work finally provides a new way for valuating LD converter steel slags.

Il est maintenant bien établi que les cirrus ont un impact important sur le climat. Cependant, l'estimation de cet effet est difficile car notre connaissance des propriétés microphysiques de ce type de nuage est encore incertaine. L'objectif de cette thèse est donc d’améliorer notre compréhension de la microphysique complexe du cirrus composé principalement de cristaux de glace de forme irrégulière et d'estimer ainsi un contenu en glace (ice water content, IWC) plus précis. Pour cela, nous avons développé un algorithme permettant de restituer le profil vertical d'IWC du cirrus. La méthodologie considère une synergie entre les mesures d'un lidar et celles d'un radiomètre infrarouge thermique (IRT) effectuées depuis le sol, via une méthode d'estimation optimale. Ce travail s’est déroulé en trois étapes: (1) Le contenu en glace intégré verticalement (ice water path, IWP) est estimé à partir des mesures passives IRT. (2) L'information sur la distribution verticale d'IWC à l'intérieur du nuage est obtenue avec les mesures actives du lidar. Cette restitution dépend fortement du rapport entre la rétrodiffusion et l'extinction des cristaux de glace obtenu avec un modèle microphysique. La fonction de phase du modèle utilisée pour définir ce rapport ne prend pas en compte le pic de rétrodiffusion. Nous montrons que cette hypothèse aboutit à des résultats non réalistes par rapport aux mesures IRT. (3) Par conséquent, les deux types d’informations sont combinées en synergie pour estimer, lors de la restitution des profils verticaux d'IWC, un facteur correctif permettant de rendre compte de ce pic de rétrodiffusion. Finalement, les résultats et les hypothèses associées sont discutés. / There is a broad consensus that cirrus clouds strongly influence the climate of the Earth. However, their net radiative effect is still poorly quantified nowadays due to an insufficient knowledge of their microphysical properties. This thesis aims to improve our understanding of the complex microphysics of this cloud type mainly composed of irregularly shaped ice crystals and thereby improve estimates of the ice water content (IWC). For this purpose, we developed an algorithm to retrieve vertical profiles of the IWC of cirrus clouds. The methodology combines the measurements of a ground-based lidar and a thermal infrared (TIR) radiometer in a common optimal estimation framework. It follows three steps: (1) An algorithm to retrieve the vertically integrated amount of ice (ice water path, IWP) from the passive TIR measurements is established. (2) The information about the vertical distribution of the IWC inside the cloud is obtained from the active lidar measurements. These retrievals strongly depend on the backscatter-to-extinction ratio of the ice crystals which is obtained from a bulk ice microphysical model. The scattering phase function of this model used to define the backscatter-to-extinction ratio assumes a flat ending without backscattering peak. We show that this assumption is unrealistic since it results in the retrieval of IWC profiles which are inconsistent with the TIR measurements. (3) Consequently, both types of measurements are combined in a synergistic algorithm allowing to estimate together with the IWC profiles a correction factor for the phase function in backscattering direction. Finally, the retrieval results and associated hypotheses are discussed.

Titre de l'écran-titre (visionné le 3 octobre 2023) / Thèse en cotutelle : « Université Laval, Québec, Canada et Université de Bordeaux, Talence, France. » / Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La disponibilité du phosphore (P) du sol pour les plantes cultivées (phytodisponibilité) est au centre d'enjeux agronomiques (production agricole, raisonnement de la fertilisation) et environnementaux (eutrophisation, pénurie des réserves mondiales) importants. Le phosphore (P) total du sol est à 30-40% sous forme de composés organiques (POS) dans la couche labourée. La minéralisation du POS est peu connue, alors même que ce processus pourrait contribuer à la phytodisponibilité du P du sol et ainsi à la nutrition phosphatée des plantes cultivées. L'objectif de cette thèse est de chiffrer la minéralisation à long-terme du POS dans les conditions du champ et d'en identifier les facteurs de contrôle (e.g. spéciation du POS, propriétés du sol, conditions climatiques). Pour répondre à ces questions, quatre dispositifs expérimentaux de longue durée (LTFE) ont été utilisés, deux appartenant au réseau des LTFE de l'INRAE sur la fertilisation minérale et les deux autres à l'observatoire de recherche en environnement sur les produits résiduaires organiques (SOERE-PRO). Ils ont été sélectionnés pour couvrir une diversité de situations agropédoclimatiques. L'hypothèse sous-jacente associée est que la nature (superphosphate, composts urbains, boues de STEP, fumier de vache) et la dose (entre 0 et 112 kg P ha⁻¹ an⁻¹) des apports d'engrais, la gestion des résidus de culture, le type de sols, les conditions climatiques, la succession culturale, pourraient affecter la vitesse de minéralisation du POS (Vm-POS). De plus, les bases de données des séries chronologiques de mesures sur les cultures et les sols de ces essais sont complètes, et les échantillons de terre régulièrement échantillonnés ont été stockés. Cela a permis de déterminer les évolutions des teneurs en POS et en P inorganique du sol (PIS) pendant plusieurs décennies, ainsi que le cumul du budget phosphaté des parcelles (Bcum = Σ (P apporté - P exporté dans les récoltes)). Vm-POS a été calculée à l'aide du modèle bi-compartimental de Hénin and Dupuis (1945). Ce modèle décrit l'évolution annuelle du stock de POS en fonction de sa minéralisation et de l'incorporation de P au POS par la décomposition des résidus de culture et des PRO. Dans deux des quatre LTFE, la spéciation du POS et du PIS a été déterminée par résonance magnétique nucléaire du P dans des solutions NaOH-EDTA (RMN-P). Le stock initial de POS varie considérablement entre les essais de 368 à 1145 kg ha⁻¹. En moyenne des essais et traitements, 3.2 kg P ha⁻¹ an⁻¹ de résidus aériens et racinaires post-récolte ont été incorporés au stock de POS pour 10.9 kg P ha⁻¹ an⁻¹ libérés dans la solution du sol. Pour les PRO, l'apport de P varie considérablement de 24 à 112 kg P ha⁻¹ an⁻¹ (moyenne 32.4) selon le mode de raisonnement (soit 2 t C-PRO ha⁻¹ an⁻¹, soit 170 kg N-PRO ha⁻¹ tous les deux ans) et du rapport C/P et N/P. En moyenne, 5.5 kg P ha⁻¹ an⁻¹ ont été incorporés au POS et 26.9 kg P ha⁻¹ an⁻¹ libérés dans la solution de sol. Vm-POS est comprise entre 1.7 et 11.2 kg P ha⁻¹ an⁻¹ (5.1 en moyenne soit 0.8% du stock de POS) avec un temps de résidence compris entre 56 et 227 ans. Les résultats de RMN-P indique que le POS est majoritairement sous forme d'orthophosphate monoesters, les inositolhexakisphosphates (IHP) y étant prédominants. Les faibles valeurs de Vm-POS pourraient être expliquées par la présence des IHP, connus pour s'associer fortement avec la phase solide du sol, et par une concentration élevée d'ions phosphates en solution, qui pourrait inhiber la catalyse enzymatique des IHP. Malgré des valeurs de Bcum très différentes (de -724 à +1830 kg P ha⁻¹ pour l'un des essais), le stock de POS est invariant dans tous les LTFE, alors que, au contraire, le stock de PIS change strictement en fonction des valeurs de Bcum. En conclusion, ce travail de thèse indique que Vm-POS est faible, bien que variable entre les quatre LTFE. Elle varie proportionnellement au stock de POS mais les déterminants de ce stock et du cœfficient de minéralisation n'ont pu être clairement identifiés, probablement par manque de situations analysées. Ce flux contribue à alimenter marginalement le compartiment de P phytodisponible du sol, par rapport au processus de diffusion des ions phosphate à l'interface solide-solution. / Total phosphorus (P) in the plough layer of cropped soils is at 30-40% in the form of organic compounds (SOP). Little is known about SOP mineralization, even though this process may significantly contribute to the soil plant-available P and therefore to the P nutrition of cropped plants. The objective of this thesis is to quantify the long-term mineralization of SOP under field conditions and to identify its driving factors (SOP speciation, soil properties, climatic conditions). To answer these questions, four long-term field experiment (LTFE) were selected, two belonging to the INRAE LTFE network on mineral fertilization and the other two to the Observatory of Environmental Research on Organic Waste Products, i.e. OWP (SOERE-PRO). They were selected to cover a diversity of agropedoclimatic situations. The underlying hypothesis is that the nature (superphosphate, urban composts, urban sewage sludge, cattle manure) and the fertilization P dose (between 0 and 112 kg P ha⁻¹ yr⁻¹), crop residue management, soil classification, climatic conditions, and crop succession, affect the SOP mineralization rate. In addition, the time-series databases of crop and soil measurements from these trials are complete, and the soil were regularly sampled and stored. This allowed determining changes in soil SOP and inorganic P (SIP) levels over several decades, as well as the plot cumulative P budget (Bcum = Σ(P supplied - P exported in crops)). The SOP mineralization rate was calculated using the bi-compartmental model of Hénin and Dupuis (1945). This model describes the annual evolution of the SOP stock as a function of its mineralization and the incorporation of P into the SOP through the decomposition of crop residues and OWP. In two of the four LTFE, the speciation of SOP and SIP was determined by nuclear magnetic resonance of P in NaOH-EDTA solutions (P-NMR). The initial SOP stock varied considerably among the trials from 368 to 1145 kg ha⁻¹. On average across trials and treatments, 3.2 kg P ha⁻¹yr⁻¹ of post-harvest aerial and root residues were incorporated into the SOP stock for 10.9 kg P ha⁻¹yr⁻¹ released into the soil solution. For OWP, P input varied considerably from 24 to 112 kg P ha⁻¹yr⁻¹ (mean 32.4) depending on the reasoning (i.e. 2 t C-OWP ha⁻¹yr⁻¹ or 170 kg N-OWP ha⁻¹ every two years) and the C/P and N/P ratio. On average, 5.5 kg P ha⁻¹yr⁻¹ was incorporated into the SOP and 26.9 kg P ha⁻¹yr⁻¹ was released into the soil solution. The SOP mineralization rates ranged from 1.7 to 11.2 kg P ha⁻¹ yr⁻¹ (5.1 on average or 0.8% of the SOP stock) with a residence time ranging from 56 to 227 yrs. The P-NMR results indicate that the SOP is predominantly in the form of orthophosphate monoesters, in which inositolhexakisphosphates (IHP) are the main compounds. The low SOP mineralization values could be explained by the presence of IHP, which are known strongly interact with the soil solid phase, and by a high concentration of phosphate ions in soil solution, which could inhibit the enzymatic catalysis of IHP. Despite very different Bcum values (between -724 and +1830 kg P ha⁻¹ for one of the trials), the SOP stock is constant in all LTFE while, on the contrary, the SIP stock changes strictly according to Bcum values. In conclusion, this thesis indicates that SOP mineralization is low, although variable among the four LTFE. It varies proportionally to the SOP stock but the drivers of this stock and of the mineralization coefficient could not be clearly identified, probably due to the scarcity of analyzed situations. This mineralization flux contributes marginally to the soil plant-available P, compared to the diffusion mechanism of phosphate ions at the solid-to-solution interface.

Ce travail sinscrit dans le cadre dune convention « action de recherche concertée » dont le thème est « La ségrégation et la compaction de poudres et de matières granulaires ». Létude de la cinétique dobtention de mélanges homogènes destinés à la compression directe sinscrit parfaitement dans le cadre de ce programme de recherche. Le mélange de poudre est une étape critique lors de la fabrication dune forme solide unitaire. La qualité du mélange va conditionner demblée la qualité du produit fini. Il est également indispensable que ce mélange reste homogène tout au long du processus de fabrication car luniformité de teneur en substance active doit être assurée au sein du lot de produit fini. Habituellement, pour sassurer de lhomogénéité du mélange, des prélèvements à laide dune sonde déchantillonnage sont réalisés. Les échantillons prélevés sont ensuite dosés afin de sassurer de la bonne répartition du principe actif dans chacun dentre eux. Cependant, ces méthodes conventionnelles de détermination de lhomogénéité posent parfois des problèmes dordre technique et statistique. Le développement actuel de méthodes de mesure en ligne, non invasives, devrait permettre une meilleure définition et un meilleur contrôle de lhomogénéité en vue de la validation du procédé de mélange. Parmi ces méthodes de mesure en ligne, plusieurs techniques de spectroscopie vibrationnelle occupent une place de choix. Cest le cas notamment de la spectroscopie Proche Infrarouge (PIR) qui a connu un essor important dans le milieu pharmaceutique ces dernières années. Lusage de fibres optiques ny est pas étranger puisque grâce à ces matériaux, il est possible daller chercher linformation sur la chaîne de production permettant de nombreuses analyses en ligne. De plus, les progrès de linformatique et lapparition de la chimiométrie ont fourni de nouveaux outils pour extraire linformation utile présente dans les données spectrales, rendant la spectroscopie PIR plus efficace. Une des nombreuses applications de la spectroscopie PIR est létude de lhomogénéité de mélange de solides divisés. Dès lors, avec la collaboration des sociétés GEA-Collette et Bruker Optics, un mélangeur-granulateur a été équipé dune sonde reliée par des fibres optiques à un spectromètre PIR. Cet équipement permet de réaliser des mesures au sein même de la cuve du mélangeur. Parallèlement à cette étude en ligne de la cinétique de mélange, le dosage de la substance active dans des comprimés peut être utilisé pour sassurer de la conservation de lhomogénéité du mélange au cours du processus de production. La spectroscopie PIR est également un outil performant pour cette application. Lobjectif de ce travail est détudier la cinétique de mélanges de poudres pour compression directe et de contrôler luniformité de teneur en substance active du produit fini par lutilisation de la spectroscopie PIR. Pour débuter notre étude, un modèle simple a été choisi, à savoir le mélange binaire faiblement dosé renfermant 1% de riboflavine comme traceur actif et 99% de cellulose microcristalline comme excipient liant-diluant. Une étude préliminaire a été réalisée à laide des méthodes conventionnelles de prélèvements afin de mettre en évidence les paramètres les plus influents sur lhomogénéité de mélange. Au cours de cette étude, la planification expérimentale a permis de démontrer que la vitesse et le temps dagitation avaient une influence sur la cinétique du mélange. Le coefficient de variation de la teneur en principe actif de chaque prélèvement diminue lorsque la vitesse et le temps dagitation augmentent. Des comprimés ont été produits à partir des mélanges utilisés dans ce plan dexpériences et leur uniformité de teneur de riboflavine dans ces comprimés a été mesurée. Les coefficients de variation de la teneur en riboflavine calculés sur les comprimés sont souvent inférieurs à ceux obtenus à partir des teneurs des prélèvements réalisés au sein du même mélange à laide de la canne apicale. La technique de prélèvement peut donc, dans certains cas, donner une évaluation plutôt pessimiste de la qualité de mélange. Suite à lanalyse de ces résultats, nous avons mis en oeuvre une technique non invasive pour la détermination du point de fin de mélange. La spectroscopie PIR a été utilisée pour lanalyse de mélanges réalisés à différentes vitesses dagitation comme cela avait été réalisé au cours de létude préliminaire. Les résultats confirment ce qui avait été décrit au cours de létude préliminaire : la vitesse dagitation influence significativement le temps nécessaire à lobtention du point de fin de mélange. Ensuite, la spectroscopie PIR a été utilisée comme outil danalyse en ligne afin dévaluer linfluence de la nature des différents constituants du mélange binaire sur le temps nécessaire à lobtention du point de fin de mélange. La planification expérimentale a également été utilisée lors de ce travail. Il apparaît que le point de fin de mélange peut être corrélé aux propriétés découlement du mélange, quand la vitesse dagitation est fixée à son niveau le plus bas. Une fois le contrôle en ligne réalisé, nous avons mis au point une technique non destructive de détermination de luniformité de teneur de la riboflavine dans les comprimés. La spectrophotométrie PIR a été utilisée en mode transmission pour lanalyse des comprimés issus de la compression directe de certains mélanges réalisés au cours du plan dexpériences précédent. Le spectrophotomètre PIR a été calibré à laide dune méthode spectrophotométrique UV-Visible de référence. Le modèle obtenu par la régression des moindres carrés partiels a été validé. Les résultats prédits à laide de ce modèle ont été comparés par lanalyse statistique de Bland et Altman à ceux obtenus à laide de la technique de référence. La deuxième partie de notre travail consiste à étudier lhomogénéité dun mélange plus complexe pour compression directe à base de diltiazem HCl en utilisant à nouveau la spectroscopie PIR. Une série dexpériences a été réalisée afin détudier linfluence de paramètres tels que la concentration en principe actif, la vitesse dagitation et la nature du prétraitement mathématique des spectres sur lobtention du point de fin de mélange. Une optimisation des différents paramètres a été réalisée. Il apparaît que le point de fin de mélange est atteint dautant plus rapidement que la vitesse et que la concentration en principe actif augmentent. Le prétraitement mathématique des spectres est indispensable avant lanalyse de ceux-ci, mais il nexiste pas de différence significative entre les différents types de prétraitements mathématiques. Les conditions optimales définies par le modèle ont été répétées afin de contrôler la robustesse du modèle choisi. Nous avons également procédé au dosage de comprimés issus du mélange à base de diltiazem par la spectrophotométrie PIR. Lobjectif de ce travail a été de valider la méthode de dosage PIR, mais également de valider lensemble du procédé de production de ces comprimés. Dans ce but, trois lots par concentration en diltiazem ont été fabriqués et dosés à laide du modèle PIR validé et comparé à une méthode de référence. Lanalyse des différents lots a permis de valider lensemble du processus de fabrication. La spectrophotométrie PIR semble un outil approprié pour la validation de lensemble du processus de fabrication. Enfin, dans la dernière partie de notre travail, nous avons voulu évaluer lapplication de la technique de contrôle en ligne de lhomogénéité de mélange à léchelle industrielle. Une collaboration avec UCB Pharma a permis déquiper un mélangeur Ruberg® de 400 litres à laide dune sonde PIR. Les résultats obtenus semblent prometteurs, mais il conviendrait toutefois dapprofondir ces essais afin de valider lutilisation de la technique PIR à léchelle industrielle.

Thèse de doctorat : Procédés biotechnologiques et alimentaires : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

En forêt boréale, le flux total de CO₂ du sol (F[indice CO2]) est le deuxième flux de carbone le plus important après la photosynthèse et peut représenter de 48 à 71% de la respiration totale de l'écosystème. Le F[indice CO2] dépend de l'état du sol à petite échelle, c'est-à-dire de sa température, de sa teneur en eau, de la quantité et de la qualité de la matière organique et de l'activité racinaire et microbienne. D'autres facteurs, appelés « facteurs externes », tels quel a topographie, les événements météorologiques et la hauteur de végétation influencent l'état du sol et donc indirectement le F[indice CO2]. Prédire le F[indice CO2] est complexe en raison du nombre important de facteurs à prendre en compte et des différents patrons de variation temporelle à modéliser. L'objectif de l'étude était de quantifier l'effet des facteurs externes susceptibles d'influencer la variabilité saisonnière, intrasaisonnière et spatiale des F[indice CO2] dans la forêt boréale. Des mesures de F[indice CO2] furent prises à la Forêt Montmorency (Québec, Canada) entre juin et octobre 2020. Un modèle de type Random forest regression fut utilisé pour prédire le F[indice CO2] en fonction de facteurs externes liés à la topographie, à la végétation et à la météo récente. Le modèle obtenu a permis d'expliquer 79 % de la variation des mesures de F[indice CO2]. Nos résultats ont démontré l'importance de la variation spatiale et intrasaisonnière (44 %) dans les mesures de F[indice CO2] par rapport à la variation saisonnière (35 %), ce qui a des implications pour la mesure et la modélisation de F[indice CO2]. La hauteur des arbres et la température de l'air furent les deux facteurs les plus importants pour prédire la valeur du F[indice CO2]. La méthodologie proposée permettrait de simuler le F[indice CO2] à partir de facteurs externes qui peuvent être obtenus à grande échelle à partir de relevés LiDAR et des données climatiques. / In the boreal forest, total soil CO₂ efflux (F[indice CO2]) is the second most important carbon flux after photosynthesis and can account for 48-71% of total ecosystem respiration. F[indice CO2]depends on the small-scale condition of the soil, i.e., its temperature, water content, quantity and quality of organic matter and root and microbial activity. Other factors, called "external factors", such as topography, weather events and vegetation height influence the soil condition and thus indirectly F[indice CO2]. Predicting F[indice CO2] is complex due to the large number of factors to be considered and the different patterns of temporal variation to be modeled. The objective of the study was to quantify the effect of external factors that may influence the seasonal, intra-seasonal and spatial variability of F[indice CO2] in the boreal forest. F[indice CO2] measurements were taken in the Montmorency Forest (Quebec, Canada) between June and October 2020. A random forest regression model was used to predict F[indice CO2] as a function of external factors such as topography, vegetation and recent weather. The developed model was able to explain 79% of the variation in F[indice CO2] measurements. Our results demonstrated the importance of spatial and intra-seasonal variation (44%) in F[indice CO2] measurements compared to seasonal variation (35%), which has implications for F[indice CO2] measurement and modeling. Tree height and air temperature were the two most important factors in predicting F[indice CO2] value. The proposed methodology would allow F[indice CO2] to be predicted from external factors that can be obtained on a large scale from LiDAR surveys and climate data.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 février 2024) / L'Organisation des Nations Unies prévoit une augmentation de 73 % de la demande mondiale en protéines d'ici 2050. Les protéines végétales et particulièrement les légumineuses représentent une source protéique de choix pour répondre à cet enjeu. Cependant, du fait de leurs propriétés sensorielles et techno-fonctionnelles non optimales, le développement de systèmes protéiques mixtes, combinant protéines végétales et animales, émerge comme une stratégie prometteuse. Ces systèmes ont été étudiés principalement par co-agrégation thermique mais peu d'informations sont disponibles sur l'impact des technologies non thermiques. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, l'impact du procédé à haute pression hydrostatique (HHP) sur les interactions de protéines de pois (PPI) et de micelles de caséine (CN) a été étudié et comparé à celui d'un traitement thermique. Les résultats ont montré une formation d'agrégats protéiques solubles après HHP mais, moins importante qu'après le traitement thermique. Les profils protéiques des agrégats étaient similaires pour les deux traitements, composés de conviciline, de viciline, de légumine et de lipoxygénase. L'albumine PA2 n'était pas impliquée dans la formation des agrégats induits par HHP, tandis que la viciline l'était, mais à moindre mesure. Finalement, peu importe la technologie utilisée (HHP ou thermique), les protéines de pois s'agrégeaient seulement entre elles et non avec les CN. Par conséquent, la production de systèmes protéiques mixtes pois-CN n'a pas été possible sous les conditions utilisées. L'évaluation de l'impact du traitement HHP sur les PPI et les CN a permis, pour la première fois, d'étudier les interactions générées après ce traitement. Ce projet a non seulement mis en évidence l'importance de comprendre ces interactions, mais également la composition des agrégats produits. Ces résultats ouvrent la voie au développement de nouveaux ingrédients composés de protéines de pois et de CN, dont les propriétés techno-fonctionnelles seraient à déterminer. / The United Nations predicts that global protein demand will increase by 73% by 2050. Plant proteins, especially pulses, represent an interesting protein source to address this challenge. However, due to non-optimal sensory and techno functional properties, the development of mixed protein systems combining plant and animal proteins is emerging as a promising strategy. These systems have mainly been studied by thermal co-aggregation, but little information is available on the impact of non-thermal technologies. In this research project, the effect of high hydrostatic pressure (HHP) on the interactions of pea proteins (PPI) and casein micelles (CN) was studied and compared with that of thermal treatment. The results showed that soluble protein aggregates were formed after HHP, but to a lesser extent than after heat treatment. The protein profiles of the aggregates were similar for both treatments and were composed of convicilin, vicilin, legumin and lipoxygenase. The albumin PA2 was not involved in the formation of HHP-induced aggregates, whereas vicilin was involved to a lesser extent. Finally, regardless of the technology used (HHP or thermal), pea proteins aggregated only with each other and not with CNs. Consequently, the production of mixed pea-CN protein systems was not possible under the conditions used. Through the evaluation of the effect of HHP treatment on PPI and CN, the interactions generated after HHP treatment were able to be studied for the first time. This project highlighted the importance of understanding these interactions and the composition of the aggregates produced. These results pave the way for developing new ingredients composed of pea proteins and CN, whose techno-functional properties would need to be determined.

Le dernier rapport du GIEC (groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) indique que les conséquences d’un changement climatique à 2°C sont extrêmement préoccupantes pour l’être humain et la bio-diversité (Masson-Delmotte et al., 2018). Pourtant, rester en dessous de cette limite implique une réduction des émissions de gaz à effet de serre mondiale d’environ 4% par an, chaque année, jusqu’en 2050. L’industrie du béton, responsable d’environ 6% des émissions de gaz à effet de serre dans le monde doit prendre part à cet immense défi. L’objet de cette étude est de contribuer à cette réduction en développant des technologies de contrôle qualité du béton frais afin de réduire le gaspillage du béton, d’améliorer sa qualité et d’optimiser son temps de malaxage. La propriété du béton frais étudiée ici est la teneur en air. Son rôle se révèle primordial dans la résistance du béton face aux cycles de gel/dégel et son contrôle est important dans l’atteinte des propriétés mécaniques du béton requise à l’état durci. Développer une méthode ayant le potentiel d’automatiser la mesure de la teneur en air du béton frais dans les camions malaxeurs de béton est l’objectif à atteindre. Dans le cadre de ce projet, des recherches sur les méthodes utilisant des ultrasons ont d’abord été réalisées. Elles se sont montrées infructueuses. Puis, les performances de la technologie CiDRA AirTRAC (développée par l’entreprise Cidra) ont été analysées et des imprécisions importantes ont été soulignées. Enfin, les calculs de vitesse de propagation d’ondes sonores dans le béton frais de fréquence allant de 150 à 230 Hz en utilisant un récepteur piézo-électrique ont conduit à des résultats très prometteurs, mais encore insuffisamment nombreux pour confirmer la robustesse de cette méthode. Les recherches se poursuivent dans un projet subséquent à l’Université Laval / The last IPCC report (Intergovernmental Panel on Climate Change) shows that consequences of a 2°C global warming are extremly worrying for mankind and biodiversity (Masson-Delmotte et al., 2018). Staying under this limit involves a 4% reduction of worldwide greenhouse emission every year until 2050. The concrete industry is responsible for approximately 6% of CO₂ emission worlwide and must be part of the reduction required. The purpose of this study is to develop technology for controling fresh concrete quality in a ready-mix truck in order to reduce waste, optimize quality and reduce mixing time. The property which has been the main focus in this study is the air content. The total air content in concrete is important since it will influence the freeze/thaw durability and the mechanical properties of hardened concrete. Finding a suitable to automatically evaluate air content inside a ready-mix truck is the main target of this study. Approaches using ultrasound methods have not led to the desined results.The technology behind CiDRA AirTRAC (developed by company Cidra) has also been analysed base on literature and many inaccuracies has been highlighted. Finally, calculation of sound waves velocities with frequencies between 150 and 230 Hz with a piezoelectric receptor has led to very promising results; however, trials are needed in order to confirm the potential and robustness of this method. Future projects at Université Laval will concentrate on this topic.

Les couvertures de couverture (CC) sont des plantes utilisées périodiquement pour couvrir le sol et qui sont ensuite enfouies dans le sol pour enrichir celui-ci par l’augmentation de la quantité de matière organique à la suite d’un retour de résidus végétaux. Cette utilisation se fait généralement de deux façons : semées après ou avant la culture principale (en dérobée) ou semées en même temps que la culture principale (en intercalaire). Ce projet de recherche avait pour objectif général de déterminer l’effet des espèces de CC et des parties végétales (racines et parties aériennes) sur la décomposition de ces plantes enfouies dans le sol. Dans une expérience factorielle en tiroirs de 3 x 2 x 6 avec quatre blocs aléatoires complets, les parties aériennes et racinaires de trois espèces de CC dont le pois fourrager (Pisum sativum L.), le trèfle rouge (Trifolium pratense L.) et la vesce commune (Vicia sativa L.) ont été enfouies dans le sol, par la technique des sacs de résidus. Des sacs ont été prélevés à 0, 10, 20, 30, 60 et 90 jours après placement au champ. Initialement, la partie racinaire de la vesce commune était la plus riche en azote (N) tandis que la partie aérienne du trèfle rouge était la plus riche en N. Nos résultats démontrent que l’azote contenu dans les racines des CC se libère plus lentement que celui des parties aériennes. Le trèfle rouge est l’espèce qui s’est décomposée le plus rapidement. Après 90 jours de décomposition, il ne restait que 20 % et 11 % de la biomasse initiale pour le pois fourrager et la vesce commune, et le trèfle rouge, respectivement. La partie racinaire des CC était plus riche en N que leur partie aérienne. Nous n’avons pas trouvé de corrélation entre la biomasse et les paramètres de qualité des CC (N, carbone (C), C:N).

La nourriture issue de la chasse ou de la pêche comporte plusieurs nutriments essentiels à une bonne santé. Toutefois ces aliments peuvent aussi contenir des concentrations importantes en contaminants tel que le mercure et le plomb, qui posent un risque pour la santé. Pour guider les communautés qui basent leur alimentation sur la chasse ou la pêche, l’objectif global du projet est de développer une plateforme analytique permettant le suivi de la qualité alimentaire dans les environnements nordiques. Pour ce faire, une stratégie analytique de dissolution de la chair animale pouvant être employée à l’extérieur d’un laboratoire par des non scientifiques a été mise en place. Cette stratégie comporte l’échantillonnage, la mise en solution de la chair et la séparation des analytes pour effectuer leur analyse ainsi que le changement de matrice, en plus de la détection et de la quantification des analytes par fluorimétrie. Toutefois, puisque les systèmes de détection visés pour la plateforme sont en développement, une méthode de quantification du plomb et du mercure par ICP-MS/MS a aussi été développée. Cette stratégie analytique a été élaborée pour l’analyse de l’omble chevalier, un poisson consommé à l’année dans certaines communautés nordiques dans lequel les concentrations en contaminants sont très variables. Le processus analytique, de l’échantillonnage à l’obtention d’une solution mono élémentaire en passant par l’analyse ICP-MS/MS et la dissolution de la chair d’omble chevalier, sera décrit dans ce mémoire. / Fish and game meat contain different essential nutriments for a good health. However, it can also contain contaminants, such as mercury and lead, that pose a health risk. To guide the communities that base their diet on hunting or fishing, the main objective of the project is to develop a portable analytical platform that allows the monitoring of contamination by heavy metals of country food on the field. To this end, an analytical strategy for the dissolution of food flesh that can be deployed outside of the laboratory and used by non-scientists has been established. This strategy includes sampling, flesh dissolution, analyte separation and matrix exchange for the analysis in addition to fluorimetric detection and quantitation of the analytes. Since the quantification system for this platform is still under development, we therefore developed an ICP-MS/MS method to quantify lead and mercury in our food extracts. This method was developed to analyze arctic char, a fish consumed all year long in some northern communities and in which the contamination level can vary significantly. The analytical process from sampling to monoelemental analysis by ICP-MS/MS will be discussed in this document.