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.

Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Institut national supérieur des sciences agronomiques, agroalimentaires, horticoles et du paysage Rennes, France / L'objectif de cette étude était de comparer le rendement des cultures (maïs, soya, blé) et l'impact environnemental (santé du sol et stockage de C et de N) de 20 itinéraires techniques combinant le type de travail du sol (travail réduit, labour), la gestion des résidus de culture (récoltés ou retournés au sol) et cinq différentes sources fertilisantes(organiques et minérales) sur deux sols à texture contrastée (loam sableux et argile limoneuse) sur une période de neuf ans. Après une période de transition de six ans, les rendements sous travail réduit étaient de 8 à 30 % supérieurs qu'avec le labour dans l'argile limoneuse. Dans le loam sableux, l'effet du travail réduit variait (-20 à 13 %), principalement en fonction de la culture et de l'année. La concentration en C organique du sol, la biomasse microbienne et le diamètre moyen pondéré des agrégats dans les 10 premiers centimètres de sol étaient de 14 à 58 % plus élevés dans le travail réduit que dans le labour, mais le travail réduit du sol n'a eu aucun effet sur les stocks de C et de N lorsque tout le profil était considéré (0-60 cm). Les engrais de ferme permettaient d'obtenir des rendements semblables à l'engrais minéral dans le blé et ont même eu un arrière-effet positif sur le rendement du soya dans le loam sableux. Cependant, dans le maïs, les écarts de rendement observés entre l'engrais minéral et les engrais de ferme étaient parfois très importants, mais aussi très variables (0 à -38 %), en fonction des conditions météorologiques de la saison de croissance. Parmi les engrais de ferme, le lisier de porc donnait généralement de meilleurs rendements, mais le lisier de bovin et le fumier de volaille avaient des effets positifs plus marqués sur les indicateurs de santé du sol en surface. Le lisier de bovin et le fumier de volaille favorisaient l'accumulation de C et de N dans la fraction lourde et grossière de la matière organique (coarse-MAOM) des sols à l'étude. Dans l'argile limoneuse, le lisier de bovin et le fumier de volaille ont également permis l'accumulation de C et de N organique dans la fraction fine et stable de la matière organique du sol, contribuant ainsi à la stabilisation de C et de N sur le long terme dans la couche de surface. Inversement, les résidus de culture avec un rapport C/N plus élevé ont contribué également à la santé du sol, mais principalement via l'accumulation de C dans les fractions grossières de la matière organique. Lorsque tout le profil était considéré, l'effet des traitements sur les stocks de C était plus faible dans les 15 premiers cm de sol (0,36 à 0,76 kg C m⁻²) que dans les couches sous-jacentes (jusqu'à 2,3 kg C m⁻² pour la couche 30-45 cm). L'effet net des pratiques agricoles sur les stocks de C et de N, lorsque tout le profil était considéré(0-60 cm), dépendait donc principalement des changements en profondeur. Dans le loam sableux, ces changements étaient influencés par une interaction triple entre le travail du sol, la gestion des résidus de culture et la source fertilisante. Les stocks de C en profondeur étaient les plus élevés lorsque le labour du sol était combiné au retour des résidus de culture et à l'utilisation d'engrais de ferme liquide. Cependant, sous fertilisation minérale, les stocks étaient plus élevés en profondeur lorsque les résidus étaient récoltés. Les résultats de cette thèse montrent bien que les itinéraires techniques agricoles devraient être adaptés aux caractéristiques culturales et pédoclimatiques propres à chaque site. En plus de fournir une preuve terrain en soutien aux récentes théories expliquant les mécanismes de stabilisation du C dans le sol, cette thèse propose un modèle conceptuel permettant d'intégrer la notion de fertilité du sol à ces concepts émergeants en considérant la coarse-MAOM comme une fraction pivot dans les cycles de C et de N du sol. Elle démontre également l'importance de considérer les stocks de C profond (>30 cm) afin de mesurer avec justesse l'effet des pratiques agricoles sur les stocks de C du sol, du moins sous des conditions froides et humides. Il faudra donc continuer d'approfondir notre compréhension des mécanismes biogéochimiques impliqués dans les interactions sol-plantes-atmosphère pour faciliter le développement de systèmes de production rentables, durables et résilients, tout en contribuant à la lutte aux changements climatiques. / The objective of this study was to compare the crops yield (corn, soybean wheat) and environmental effect (soil health and C and N storage) of 20 different crop management itineraries combining two tillage regimes (minimum tillage, moulboard plowing), crop residue management (harvested or returned to soil) and five different fertilizer sources (organic and mineral) on two soils with contrasting textures (sandy loam and silty clay) over a 9-year period. After a transition period of 6 years, reduced tillage yielded 8-30% more grain, than mouldboard plowing in the silty clay soil. In the sandy loam soil, the benefits of minimum tillage on crop yield varied (-20 to 13%), mainly according to crop type and meteorological conditions. Organic C concentration, microbial biomass and the mean weight diameter of stable aggregates in the first 10 cm of soil were 14-58% higher under reduced tillage than mouldboard plowing, but reduced tillage had no effect on C and N stocks when the entire profile was considered (0-60 cm). Similar wheat grain yields were obtained with the mineral fertilizer and farmyard manures and manures even had a positive legacy effect on soybean yield in sandy loam. For corn, however, the yield differences observed between mineral fertilizer and farmyard manures were highly variable (0-38%) and mostly depended on weather conditions. Among farmyard manures, the use of liquid swine manure generally resulted in greater yields, but cattle and poultry manures had a greater effects on surface soil health indicators. Cattle and poultry manures promoted the accumulation of C and N in the heavy and coarse fraction of soil organic matter (coarse-MAOM) of both soils. In the silty clay soil, cattle and poultry manures also fostered the accumulation of organic C and N in the fine and stable fraction of soil organic matter, thus contributing to the long-term stabilization of C and N in the surface soil layer. Conversely, crop residues with a higher C/N ratio contributed to soil health mainly through the accumulation of C in the coarse fractions of organic matter. When the entire profile was considered, the effect of treatments on C stocks was smaller in the first 15 cm of soil (0.36 to 0.76 kg C m⁻²) than in deeper soil layers (up to 2.3 kg C m⁻² for the 30-45 cm layer). The net effect of farming practices on C and N stocks when the entire profile was considered (0-60 cm) therefore mainly depended on changes at depth. In the sandy loam soil, these changes were influenced by a three-way interaction between tillage, crop residue management and fertilizer source. Deep C stocks were the highest when tillage was combined with crop residue return and the use of liquid farmyard manures. However, under mineral fertilization, deep C stocks were the highest when residues were harvested. This thesis highlights the fact that agricultural combinations of management practices should be adapted to the cultural and pedoclimatic characteristics of each site. In addition to providing field evidence in support of recent theories regarding soil organic matter formation and stabilization processes, this thesis proposes a way to integrate soil fertility concepts to these emerging theories by considering the coarse-MAOM as a pivotal fraction in both C and N cycles. It also demonstrates the importance of considering deep C stocks (>30 cm) to accurately measure the effect of agricultural practices on soil C stocks, at least under cold and humid conditions. It will therefore be necessary to keep deepening our understanding of the biogeochemical mechanisms involved in soil-plant-atmosphere interactions to ensure the profitability, sustainability, and resilience of our production systems while contributing to climate change mitigation.

En Afrique, les technologies agroforestières jouent un rôle socio-économique majeur, mais leur potentiel à contribuer aux stocks de carbone, ainsi que celui de leurs espèces ligneuses est encore peu connu. De même, la réponse de leurs espèces ligneuses aux changements de l’environnement n’est pas documentée. Nous avons mesuré le stock de carbone de cinq espèces ligneuses locales (Acacia raddiana, Balanites aegyptiaca, Euphorbia balsamifera, Faidherbia albida et Neocarya macrophylla) et le stock sol-plante de trois technologies agroforestières (jachère, parc arboré et parcours naturel) selon trois textures contrastantes de sol (argileux, sableux et sablo-limoneux). Nous avons évalué le profil de développement racinaire (RDD) et la longueur spécifique racinaire (SRL) des espèces sous ces mêmes conditions. La variation intraspécifique des traits foliaires (surface spécifique foliaire (SLA); contenu en matière sèche (LDMC); contenu en carbone et en azote (LCC, LNC)); SRL; contenu en carbone et en azote des racines (RCC; RNC)) a été étudiée selon la texture du sol et les trois saisons : saison des pluies (SP), saison sèche chaude (SSC), saison sèche fraîche (SSF). Le carbone de la biomasse a été plus élevé dans les sols sableux, tandis que les sols argileux ont présenté les plus importants stocks de carbone du sol. Le carbone du système sol-plante a été plus élevé dans les jachères. La RDD n’a pas varié entre texture de sol et entre technologie agroforestière et un maximum de biomasse a été observé entre 40 et 60 cm de profondeur. La SRL a été plus élevée dans les parcs arborés, les parcours naturels, les sols sableux, plus pauvres en matière organique et la SSC, période la plus stressante. Les sempervirentes ont montré en général une plus grande variabilité des traits en réponse au sol et aux saisons. La variabilité intraspécifique de la SLA a été plus élevée en SSC, tandis que l’inverse a été observé pour la SRL. Pendant la SP, une corrélation positive a été notée entre SLA et SRL. Des jachères de courtes durées enrichies de sempevirentes et de décidues fixatrices d’azote contribueraient à accroitre le stock de carbone des terres dégradées des Niayes. / In Africa, agroforestry technologies play a major socio-economic role, but their potential and that of the principal woody species to contribute to carbon stocks is still poorly understood. As well, the potential of these species to respond to a changing environment is poorly documented. We measured the carbon stock of five local tree species (Acacia raddiana, Balanites aegyptiaca, Euphorbia balsamifera, Faidherbia albida and Neocarya macrophylla) and soil-plant carbon storage associated with three agroforestry technologies (fallow, park land, and rangeland) in three contrasting soil textures (clay, sandy and sandy loam). We evaluated the root depth distribution profile (RDD) and the specific root length (SRL) of these species under these conditions. Intraspecific variation in leaf traits (specific leaf area (SLA); leaf dry matter content (LDMC); leaf carbon and nitrogen content (LCC LNC); SRL, root carbon and nitrogen content (RCC, RNC) ) of these species was also investigated in three soil textures and over three seasons: rainy season (SP), hot dry season (SSC), and cool dry season (SSF). The carbon stored in biomass was higher in sandy soils, while clay soil showed the highest soil carbon stocks. Carbon stored in the soil-plant system was highest in fallow, compared to park land and to rangeland. The RDD did not change with either soil texture or agroforestry technology, and a maximum of root biomass was consistently observed between 40 and 60 cm deep. The SRL was higher in park lands, rangelands and sandy soils, with low soil organic matter, and in the SSC, the most stressful season. Evergreen species generally showed greater variability of traits in response to soil texture and season. Intraspecific variability of SLA was higher in SSC, while the opposite was observed for the SRL. During the SP, a positive correlation was noted between SLA and SRL. Short periods of fallow enriched by evergreen and deciduous nitrogen fixing species would contribute to increase the carbon stocks of degraded lands in these study sites.

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).

Au nord-est de l'Amérique du Nord, les épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette (TBE) constituent une perturbation naturelle majeure de la forêt boréale et jouent un rôle important dans la dynamique forestière(croissance et mortalité des arbres attaqués, structure d'âge et de composition, succession écologique, etc.). Bien qu'il soit reconnu que les épidémies d'insectes ont un impact considérable sur le bilan de carbone (C), peu d'études se sont intéressées aux effets de la TBE sur les stocks et la dynamique du C forestier. À notre connaissance, ce travail est le premier à se pencher sur le sujet en employant des données empiriques à long terme, soit celles des placettes-échantillons permanentes. Les trajectoires de C ligneux aérien pendant et après l'épidémie des années 1970-1980 ont été observées dans trois zones bioclimatiques et ont été largement influencées par la sévérité de l'épidémie. Dans les sites légèrement attaqués, le signal de la TBE a été très discret. Dans les sites sévèrement attaqués de la sapinière à bouleau jaune, de la sapinière à bouleau blanc et de la pessière à mousses, les changements de C vivant à court terme (0 à ~15 ans) ont été respectivement de -11,9 t C ha⁻¹, -16,8 t C ha⁻¹ et -17,2 t C ha⁻¹. À long terme (~15 à ~50 ans), la reconstitution du stock de C vivant a surtout été assurée par le recrutement de nouveaux individus. À la fin de la période d'étude, la majorité des sites sévèrement attaqués des sapinières avaient dépassé leur stock de C vivant pré-épidémique, ce qui n'était pas le cas dans la pessière. Cette étude présente les premiers résultats issus de données empiriques à long terme quant aux effets de la TBE sur le C forestier, ce qui permettra de raffiner les modèles de la dynamique du C forestier. / In northeastern North America, spruce budworm (SBW) outbreaks are a major natural disturbance of the boreal forest and play an important role in forest dynamics (growth and mortality of attacked trees, age and composition structure, ecological succession, etc.). Although it is recognized that insect outbreaks have a significant impact on the carbon (C) budget, few studies have examined the effects of SBW on forest C stocks and dynamics. To our knowledge, this is the first study to address this issue using long-term empirical data, namely permanent sample plots data collected since the early 1970s. Trajectories of aboveground woody C during and after the1970s-1980s outbreak were observed in three bioclimatic zones and were largely influenced by outbreak severity. In lightly affected sites, the SBW signal was very subtle. In severely affected sites of the balsam fir-yellow birch, balsam fir-white birch, and black spruce-feathermoss zones, short-term (0 to ~15 years) changes in live C were -11.9 t C ha⁻¹, -16.8 t C ha⁻¹, and -17.2 t C ha⁻¹, respectively. In the long term (~15 to ~50 years), recovery of the live C stock was achieved primarily through the recruitment of new stems. By the end of the study period (~50 years), most high-severity sites in the two balsam fir zones had exceeded their pre-outbreak live C stock, which was not the case in the black spruce-feathermoss zone. This study provides the first long-term empirical data on the effects of SBW on forest C, which will help refine models of forest C dynamics.

Les ouvrages qui utilisent le sol compacte comme matériau de construction nécessitent d'un contrôle du compactage pendent le processus de compaction in situ. Généralement, ce contrôle est fait par essais normalises bases sur les valeurs de teneur en eau et de masse volumique du sol. Pour arriver à ces valeurs, les essais de contrôle sont soit couteux et dangereux ou bien ils demandent beaucoup de temps. Dans ce projet de maîtrise, une méthodologie simple de contrôle du compactage du sol in situ a été développée. Cette nouvelle méthodologie est fondée sur la lecture d'une sonde de teneur en eau enfoncée à la superficie du sol à analyser. La lecture est prise rapidement a I'aide d'un appareil portatif concis lie a la sonde. Une courbe de calibration est préparée en laboratoire particulièrement pour le sol en question et utilisée pour convertir la lecture de la sonde en teneur en eau volumique. Avec I'aide d'équations connues de la géotechnique, la teneur en eau volumique est transformée en masse volumique et conséquemment en teneur en eau massique. Ce mémoire de maîtrise présente le développement, la comparaison avec d'autres méthodes et l'application in situ et en laboratoire de cette méthodologie développée, dans un premier temps pour trois sols de caractéristiques géotechniques différentes. L'analyse des résultats de la méthodologie proposée est accomplie par comparaison avec d'autres méthodes de contrôle du compactage.

Les murs massifs en pisé sont connus pour leur confort d’habitation et leur capacité à réguler la température et l’humidité à l’intérieur des bâtiments. L’évolution des réglementations – notamment thermiques (RT 2012) – implique aujourd’hui d’avoir des bâtiments répondant à des critères drastiques. Or, le bâti en pisé semble, a priori, ne pas s’inscrire dans les références définies par ces règlements. Il semblerait donc qu’il faille prendre en compte d’autres critères que la simple résistance thermique pour caractériser le comportement d’un bâtiment en pisé. Les mécanismes couplés de transferts de masse et de chaleur qui ont lieu au sein d’un matériau poreux comme le pisé et qui conduisent à cette régulation naturelle sont bien connus empiriquement. Cependant, leurs mises en évidence scientifiques sont, quant à elles, plus difficiles.L’objectif de la thèse a été de développer une chaîne de mesure des transferts hydriques et thermiques dans les bâtiments en pisé afin de les observer et de les quantifier. Une habitation neuve en pisé a été étudiée en particulier durant ces trois ans. La thèse s’est alors déroulée en quatre phases :1 - Développement d’une chaine de mesure (capteurs de teneur en eau liquide, d’humidité relative, de température, de flux de chaleur). Chacun de ces capteurs a été modifié, adapté et étalonné pour résister au damage et fonctionner dans un matériau dense et contenant de l’argile ;2 - Caractérisation géotechnique, thermique et hydrique du matériau : granulométrie, densité, transferts de liquide et de vapeur, sorption, conductivité thermique, chaleur spécifique ;3 - Essais à l’échelle du mur en laboratoire dans un caisson étanche fonctionnant en double enceintes climatiques conçues au laboratoire. Quatre murs en pisé ont été équipés des capteurs développés en phase 1 ;4 - Essais à l’échelle de l’habitation : la maison référence a été équipée des mêmes capteurs durant sa construction et un monitoring des transferts a été établis pour au moins 5 ans.Les objectifs principaux étaient d’instrumenter des murs en pisé durant leur fabrication en prenant en compte l’énergie de compaction, d’avoir un étalonnage des capteurs tenant compte des variations importantes de températures in situ et, d’enregistrer sur une longue période (au moins 5 ans) les conditions hydriques et thermiques dans les murs, ainsi qu’à l’intérieur et à l’extérieur de l’habitation. Les résultats obtenus mettent en évidence les phénomènes de transferts thermiques et hydriques se produisant dans le pisé. Les résultats expérimentaux permettent d’envisager la mise au point de modélisations adaptées à la terre compactée. / Massive rammed earth walls are known for their comfort of living and their ability to regulate the temperature and humidity inside buildings. The evolution of regulations – particularly the thermal ones (RT 2012) - now involves having buildings that meet stringent criteria. However, rammed earth buildings seem not to be in accordance with the references defined by these regulations. This suggests that criteria, other than the simple thermal resistance,should be taken into account to characterize the behavior of a rammed earth building. The coupled heat and mass transfers mechanisms occurring within a porous material such as rammed earth – which lead to this natural regulation – are well known empirically. However, their set scientific evidences are more difficult. The aim of the thesis was to develop a measurement chain of water and heat transfers in rammed earth, to observe and quantify them. A new rammed earth house has been studied during these three years. The thesis was then carried out in four phases:1. Development of a measurement chain (liquid water content probes, relative humidity, temperature and heat flux sensors). Each of the sensors was modified and adapted and calibrated to resist compaction and run in a dense material and containing clay;2. Geotechnical, hydric and thermal characterization of the material: particle size distribution, density, transfer of liquid and vapor, sorption, thermal conductivity,specific heat;3. Testing in laboratory at wall scale in a sealed box working as double climatic chambers designed in the laboratory. Four rammed earth walls were equipped with sensors developed in phase 1;4. Testing at a house scale: the reference house was equipped with the same sensors during construction and monitoring of transfers has been set up for at least 5 years.The main objectives were to instrument rammed earth walls during their manufacturing taking into account the compaction energy, to have a sensor calibration taking into account significant variations of in situ temperatures and record over a long period (at least 5 years) hydric and thermal conditions in the walls, as well as inside and outside the building.The obtained results demonstrate the phenomena of heat and water transfers occurring in the walls. The experimental results allow considering the development of models adapted to compacted earth.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 février 2024) / Le phosphore (P) est un élément nutritif important pour la croissance des plantes. Cependant, les applications excessives du P dans les sols agricoles peuvent augmenter le risque de perte de cet élément par ruissellement de surface et contribuer à l'eutrophisation des cours d'eau. Ainsi, la gestion durable du P dans les sols de grandes cultures repose sur une fertilisation équilibrée entre la disponibilité en P du sol et la demande réelle du P des plantes. Il est donc important d'avoir une meilleure compréhension de la variabilité spatiale (VS) du P disponible pour les cultures, afin d'améliorer l'utilisation économique et rationnelle des engrais phosphatés, de promouvoir la rentabilité et la durabilité de l'entreprise agricole, tout en réduisant les pertes de P dans l'environnement. L'objectif général de cette thèse de doctorat a été d'évaluer la VS de la disponibilité du P des sols sous différents systèmes culturaux [ancienne prairie (AP) vs jeune prairie (JP)] et pratiques culturales [travail conventionnel (TC) vs semis direct (SD)] à l'aide d'outils statistiques et géostatistiques à des fins de recommandations agroenvironnementales. Pour répondre aux objectifs de la thèse, quatre champs en cultures commerciales ont été utilisés dont deux situés dans la région de Chaudière-Appalaches et les deux en Montérégie (province du Québec). Deux sols de la région de Chaudière-Appalaches, un sous jeune prairie (JP; 2.4 ha; 2 ans) et un sous ancienne prairie (AP; 2.5 ha; 10 ans sous pâturage permanent), classés comme podzols humo-ferriques, ont reçu des amendements organiques (fumier, lisier de bovin). Les résultats ont révélé un indice de saturation en P (ISP, (P/Al)$_\textup{M3}$) moyen de 3 % dans les deux couches (0-5 cm et 5-20 cm) sous JP contre 7 % dans la couche 0-5 cm et 4 % dans la couche 5-20 cm sous AP, suite à des applications à long terme de fumier. Pour les deux champs sous prairies (JP et AP), nous avons observé une intensité élevée de la variabilité du P (CV > 50 %) et une structure spatiale modérée (25-75 %). Les applications répétées de fumier et lisier de bovin peuvent avoir un impact à long terme sur l'accumulation de P du sol, réduisant ainsi la variabilité et la dépendance spatiales du P dans les prairies permanentes. En raison de la stratification de P observée, une stratégie d'échantillonnage du sol axée sur la couche 0-5 cm doit être retenue dans les prairies permanentes (AP) pour des recommandations durables d'engrais P dans les sols de la Province du Québec. De plus, cette étude a examiné les impacts du travail du sol sur la variabilité spatiale du P disponible de deux champs commerciaux en rotation maïs-soja depuis 20 ans, notés TC (10,8 ha) et SD (9,5 ha), à des fins d'amélioration des recommandations d'engrais phosphatés dans la région de Montérégie. Les résultats ont montré que la variabilité du P disponible du sol des deux champs allait de modérée à très élevée (32-60 %) sous TC et SD. Un ISP moyen de 3 % a été mesuré dans les deux couches sous TC, contre 8 % dans la couche 0-5 cm et 6 % dans la couche 5-20 cm sous SD. Les relations entre les indices de P et les autres propriétés physico-chimiques (CT, Fe$_\textup{M3}$, pH$_\textup{eau}$, Ca$_\textup{M3}$) différaient selon les pratiques de travail du sol. Cette étude a démontré l'importance de l'application à taux variable (ATV) à des fins d'amélioration des recommandations d'engrais P dans la Province du Québec. Par ailleurs, la délimitation des zones d'aménagement (ZAs) a été réalisée dans le champ sous SD (9,5 ha). Cette délimitation des ZAs est basée sur la relation conductivité électrique apparente (CEa)-P du sol afin de réduire la variabilité spatiale du P du sol pour des recommandations d'engrais P spécifiques au champ. Les données de la CEa (CEa₃₀; CEa₁₀₀) ont été mesurées sur deux profondeurs (0-30; 0-100 cm) à l'aide du Veris. Les ZAs ont été délimitées à l'aide de la méthode ISODATA selon trois stratégies de délimitation : mesures de l'ISP, mesures de la CEa, ou mesures combinées de l'ISP+CEa. Les résultats ont montré que l'ISP moyen était de 7,9 % sous SD. La variabilité du P du sol était modérée (32-36 %), indiquant qu'une recommandation uniforme d'engrais P ne peut pas être appliquée au champ. Les valeurs moyennes de CEa₃₀ et CEa₁₀₀ étaient respectivement de 15,8 et 32,6 mS m$^\textup{-1}$. Une corrélation significative entre la CEa₃₀ et le P du sol (0,22-0,23) a été observée. La délimitation en deux-trois ZAs à l'aide de mesures de l'ISP a généré les réductions plus importantes en P (40-74 kg P₂O₅), représentant ainsi la meilleure stratégie agronomique de délimitation des ZAs. Cette étude a mis en évidence le potentiel de réduction de la variabilité spatiale du P du sol, à l'aide de la stratégie de délimitation des ZAs, réduisant les pertes en P sous SD. Ainsi, l'ATV a généré 366 kg P₂O₅, tandis que la délimitation en deux-trois ZAs a généré 306 et 341 kg P₂O₅ dans le champ sous SD, soit des gains respectifs de 60 et 25 kg P₂O₅ comparativement à l'ATV dans la culture du maïs-grain. Par conséquent, la stratégie de délimitation en deux-trois ZAs a semblé plus efficace comparativement à l'ATV en termes de gain en P₂O₅ dans ce champ. Globalement, les résultats de cette thèse ont démontré l'importance de la prise en compte de la VS du P à des fins de gestion spécifique du P, pour une réduction des pertes en P dans les sols sous grandes cultures en agriculture de précision. / Phosphorus (P) represents an important soil nutrient for plant growth. However, excess P applications in agricultural soils relative to crop requirements may increase P loss risk through runoff, contributing to water eutrophication. Thus, field-scale sustainable management of soil P should be based on balanced fertilization between soil P supply and P real demand from crop requirements. Therefore, it is important to have a better understanding of spatial variability of soil available P under intensive managed crops, aiming to improve economic and rational use of P fertilizers, to promote profitability and sustainability of agricultural companies, while reducing P losses in the environment. The main goal of this PhD dissertation was to evaluate spatial variability of soil available P under contrasted crops [old grassland (OG) vs young grassland (YG)] and tillage systems [conventional (CT) vs no-tillage (NT)] using statistical and geostatistical tools, aiming to provide agrienvironmental recommendations. To reach the goals of this PhD dissertation, four commercial fields were used. Two fields were located in Chaudière-Appalaches region and two other in Montérégie region (Eastern Canada). Thus, the study aimed to investigate the field-scale variability of soil-test P (STP) under two contrasting grassland fields in Chaudière-Appalaches region using descriptive statistics and geostatistics for accurate recommedations on soil sampling strategy and sustainable approaches to P management. A young grassland (YG; 2 years) and an old grassland (OG; 10 years under permanent pasture) were classified as humo-ferric podzol and received organic fertilizers. Soil samples were collected in 16-m by 16-m triangular grids at two depths (0-5 and 5-20 cm). Results showed a P saturation index (PSI, (P/Al)$_\textup{M3}$) mean value of 3% in both YG soil layers (0-5 cm and 5-20 cm) against 7% in OG 0-5 cm layer and 4% in OG layer 5-20 cm, owing to long-term manure applications. Variability of soil P was high (CV > 50%) and spatial structure of soil P was moderate (25-75%) under both contrasted fields. Repeated applications of cattle and slurry manure may have a long-term impact on soil P accumulation, thereby reducing spatial variability and dependence of soil P under permanent grasslands. Owing to P stratification, a soil sampling strategy focused on 0-5 cm layer should be retained under permanent grasslands (OG) for sustainable P fertilizer recommendations in Eastern Canada. Moreover, the study examined tillage impacts on spatial variability of soil-available P, in two commercial fields under 20 years maize-soybean rotation, denoted CT (10.8 ha) and NT (9.5 ha), aiming to improve P fertilizer recommendations in Eastern Canada. Blends of NPK fertilizers were applied to the soils (Humic Gleysols) following local recommendations. Results showed that the variability of soil available P ranged from moderate to very high (32-60%) under CT and NT. The mean PSI value was 3% under both CT layers, against 8% and 6% under the 0-5 cm and 5-20 cm NT layers, respectively. Relationships between P indices and other soil chemical properties (TC, Fe$_\textup{M3}$, pH$_\textup{water}$, and Ca$_\textup{M3}$) differed between contrasted tillage practices. This study highlighted the importance of variable rate application (VRA) to improve P fertilizer recommendations in Eastern Canada. Furthermore, delineating management zones (MZs) was performed within the 9.5 ha NT field. This MZ delineation approach was based on apparent electrical conductivity (ECa)-soil P relationship, aiming to reduce spatial variability of soil P for predicting field-specific P fertilizer recommendations. The ECa data (ECa₃₀; ECa₁₀₀) were measured at two soil depths (0-30; 0-100 cm) using Veris system. The MZs were delineated using ISODATA method following three delineation strategies: ISP, ECa, and combined ISP+ECa measurements. Results showed that mean ISP value was 7.9% under NT field. Variability of soil P was moderate (32-36%), indicating that uniform P fertilizer recommendation cannot be applied in the field. The ECa₃₀ and ECa₁₀₀ mean values were 15.8 and 32.6 mSm$^\textup{-1}$, respectively. A significant correlation between ECa₃₀ and soil P (0.22-0.23) was observed. Delineating the field into two-three MZs using ISP measurements generated the highest P reductions (40-74 kg P₂O₅), thus representing the best agronomic strategy for delineating MZs. This study highlighted the importance of using MZ delineation strategy to reduce the spatial variability of soil P, decreasing P fertilizer applications and P losses under the NT field. Thus, VRA agronomy strategy generated 366 kg P₂O₅ , while delineation strategy into two-three MZs generated 306 and 341 kg P₂O₅, respectively under the NT field. This represented 60 and 25 kg P₂O₅ reductions compared to the VRA under corn-grain NT field. Therefore, delineation strategy into two-three MZs seemed more effective compared to VRA strategy in terms of P₂O₅ reduction in this field-scale. The results of this PhD dissertation demonstrated the importance for taking into account the spatial variability of soil P for field-specific P management, aiming to reduce P losses under large crop fields in precision agriculture.

Les résidus fibreux de canneberge et de bleuet issus du processus d’extraction des polyphénols ont été étudiés pour tenter de les valoriser pour des applications nutraceutiques. Ces travaux se sont plus précisément intéressés aux fibres alimentaires et à leurs polyphénols associés. Ces deux composantes sont reconnues pour leurs effets positifs sur le système digestif dont notamment le maintien de la santé de la flore intestinale. Les résidus fibreux de canneberge et de bleuet obtenus en laboratoire ont été caractérisés pour leurs contenus en polysaccharides non-amidonnés totaux (54,3% pour la canneberge et 46,5% pour le bleuet), solubles (respectivement 21,9% et 21,5%), insolubles (respectivement 32,4% et 25%) et leurs compositions respectives en monosaccharides. Les mesures rhéologiques des fibres (capacité de rétention d’eau, d’huile, capacité de gonflement et viscosité) ont montré des propriétés physiques avantageuses en comparaison à d’autres types de fibres. Le contenu en proanthocyanidines non-extractibles fut alors mesuré par lecture spectrophotométrique (1,3% pour les fibres de canneberge et 2,4% pour celles de bleuet). Une technique utilisant un agent chaotrope fut spécifiquement développée pour obtenir une fraction significativement réduite en polyphénols (contenant respectivement 0,6% et 0,9% de proanthocyanidines). Les fibres brutes et réduites en polyphénols ont alors été administrées à des souris pour tester leurs impacts respectifs sur la flore intestinale. L’ajout de fibres brutes a fait augmenter la concentration de Clostridium coccoides et de Clostridium leptum et diminuer le compte de Lactobacillus alors que celui de Faecalibacterium praunsnitzii a uniquement augmenté avec les fibres réduites en polyphénols mettant en avant un probable effet inhibiteur des polyphénols sur F. prausnitzii. Des souches probiotiques ont alors été cultivées in vitro avec des fibres natives et réduites en proanthocyanidines. Un effet bifidogène ainsi qu’une augmentation de la croissance de Lactobacillus salivarius ont été observés lors de l’ajout de fibres de canneberge et de bleuet. Selon le type de bactérie, les effets différentiels observés avec les fibres brutes ou réduites en proanthocyanidines montrent la capacité de la flore à métaboliser les polysaccharides et leurs polyphénols associés mais aussi un potentiel effet inhibiteur des composés phénoliques. Les fibres de canneberge et de bleuet pourraient ainsi constituer des prébiotiques favorisant indirectement la réduction du risque lié à certaines maladies chroniques intestinales. / The process of polyphenol extraction from cranberry and blueberry yields a fibrous matter that was studied for a potential valorization in nutraceutical applications. More precisely, this work focuses on the dietary fiber content and its associated polyphenols. These two compounds were acknowledged for their positive effects over the gastro-intestinal tract including the preservation of a healthy colonic microbiota. The polyphenol extraction process was replicated in laboratory in order to obtain cranberry and blueberry fibrous matter. These extracts were analysed for their contents in total non-starch polysaccharides (NSP) (54,3% for cranberry and 46,5% for blueberry), soluble NSP (respectively 21,9% and 21,5%), insoluble NSP (respectively 32,4% and 25%) and their respective monosaccharides composition. Rheological measurements (water and oil retention capacities, swelling capacity and viscosity) showed advantageous physical properties compared to other types of fibers. Subsequently, the non-extractable proanthocyanidins contents were quantified by spectrophotometric reading (1,3% for cranberry fibers and 2,4% for blueberry fibers). A method, employing a chaotropic agent, was specifically designed to produce fibers with a significantly reduced content in non-extractable proanthocyanidins (respectively containing 0,6% and 0,9% of PAC). Both native and modified fibers were fed to mice in order to assess their respective impact on intestinal flora. The addition of native fibers was associated with an increase in the concentration of Clostridium coccoides and Clostridium leptum and a diminution of the count of Lactobacillus whereas the concentration of Faecalibacterium praunsnitzii was exclusively increased by the use of fibers reduced in polyphenols. This observation highlighted a potential inhibitory effect of polyphenols on F. prausnitzii. Probiotics strains were therefore cultured in vitro with native and modified fibers. A bifidogenic effect and an increase of the Lactobacillus salivarius concentration were observed when substrate was cranberry or blueberry fibers. According to the type of bacteria, the differential effect monitored between native and proanthocyanidins reduced fibers underlies the flora capacity to metabolize fibers and their associated polyphenols and also a potential inhibitory effect from phenolic compounds. The cranberry and blueberry fibers could therefore constitute prebiotics that favor indirectly the reduction of gastro-intestinal diseases risks.

L'exposition via l'eau potable à des concentrations élevées d'arsenic (>10 ug/L), est mondialement répandue et s'associe à de sévères pathologies dont certains cancers. Un mécanisme sous-jacent implique l'altération de la capacité de réparation de l'ADN (CRA), un important modulateur de la susceptibilité au cancer. Notre but était d'élaborer une méthode d'évaluation de la CRA et d'estimer son applicabilité à l'étude de la CRA de 102 résidents de Chaudière-Appalaches (Québec, Canada) chroniquement exposés à différentes concentrations d'arsenic dans l'eau (0.01-140 ug/L). Deux tests in vitro ont été développés, pour évaluer la réparation par excision/resynthèse d'ADN, de lymphocytes congelés et non-stimulés. Les mesures dans notre échantillon indiquent 42% des individus montrant une activité de réparation in vitro ralentie; l'absorption d'As3+ était négativement corrélée avec la proportion d'individus à l'activité ralentie (p = 0.0155). Nos résultats suggèrent que ces tests permettraient d'évaluer la CRA dans le cadre d'études épidémiologiques de carcinogénèse environnementale.