Le cadmium (Cd) est l'un des métaux les plus toxiques car il produit des effets néfastes sur l'activité biologique du sol, les plantes, le métabolisme, et la santé de l'homme et des animaux. L'objectif de cette étude est de déterminer la sorption et la désorption du Cd dans deux sols, un sol sableux et un sol limono-argileux, amendés avec 10% de matériaux biologiques (quantité destinée à la restauration des sites contaminés). Les quatre matériaux biologiques mis à l'essai sont: i) un compost à base de bovins de boucherie et de sciure de bois (CBS), ii) un compost à base de bovins de boucherie et de paille (CBP), iii) un compost commercial à base de tourbe et de déchets de crevettes (CTC) et iv) une farine de coquilles d'oeufs de poules (FCO). L'application des matériaux biologiques a rehaussé la capacité des sols à retenir le Cd. Une augmentation progressive de la sorption a été observée avec les temps de contact allant de 0,5 h à 4 semaines. Le rehaussement de la température de 5 à 450C a augmenté la quantité de Cd sorbée. Les données de sorption pour des concentrations de Cd2+ ajoutée variant de 0 à 2000 mg Cd/kg ont été le mieux décrites par la forme linéaire de l'équation de Freundlich. La quantité de Cd sorbée a augmenté avec l'accroissement de sa concentration dans la solution d'équilibre. D'une manière générale, la capacité des sols à retenir le Cd augmentait dans l'ordre suivant: sols amendés de CBS ou de CBP < sols amendés de CTC < sols amendés de FCO. L'étude de désorption du Cd fraîchement sorbé a été réalisée au moyen d'extractions singulières utilisant la solution Mehlich-3 ou DTPA-TEA-CaCl2 et d'extraction séquentielle utilisant successivement les solutions Ca(NO3)2, TEA-DTPA-CaCl2 et HCl. La quantité de Cd désorbée est directement proportionnelle à la quantité de Cd fraîchement sorbée. Les résultats suggèrent que les amendements biologiques pourraient être appliqués aux sols afin de rehausser leurs propriétés de rétention du Cd.

L'amélioration de notre compréhension des mécanismes et processus qui affectent le cycle du phosphore (P) dans les sols de grandes cultures est un préalable au développement de meilleures pratiques de sa gestion. L'objectif général de l'étude a été de déterminer l'effet des pratiques agricoles (travail du sol, fertilisation phosphatée, systèmes de cultures) sur la dynamique du P, particulièrement le P disponible aux plantes, dans les sols de grandes cultures. Nous avons aussi déterminé l'effet des cycles de gel et de dégel sur la disponibilité du P de la couche superficielle du sol, et la distribution du P dans les agrégats dans le semis direct et le labour conventionnel. Deux sites de longue durée, Canadien et Français, ont été utilisés. Le site Canadien est une rotation maïs - soja dans laquelle les facteurs de variation ont été le travail du sol (semis direct, labour conventionnel), les cycles de gel et de dégel et la fertilisation phosphatée. Le site Français est une monoculture de maïs où on a fait varier la fertilisation phosphatée. Dans les deux types de travail du sol, le P du sol disponible aux plantes sous une rotation biannuelle maïs - soja diminue avec le temps pour se stabiliser autour de 30 et 25 mg P kg⁻¹ avec le traitement 0 P dans le semis direct et le labour conventionnel, respectivement. Dans la monoculture de maïs, il y a une relation linéaire stable quelque soit la durée d'expérimentation entre le statut de P et le bilan cumulé. L'évaluation mécaniste et quantitative de la disponibilité du P du sol aux plantes permet de modéliser les variations du statut de P du sol pour les régimes de fertilisation équilibrés. Cette étude a montré que l'augmentation des cycles de gel et de dégel entraîne des niveaux élevés de P extrait à l'eau et la solution Mehlich-3 dans le semis direct amendé de résidus de culture comparé au labour conventionnel. Lorsque le sol est séparé en agrégats stables à l'eau, la teneur en P extrait à l'eau des agrégats sous le semis direct augmente dans l'ordre particule-(limon + argile) < micro- < meso- < macro-agrégats; sous le labour conventionnel, on observe une distribution aléatoire du P extrait à l'eau entre les agrégats stables à l'eau.

Les apports de phosphore (P) au sol proviennent des résidus végétaux et des engrais organiques et minéraux utilisés en agriculture. Les pertes de P par ruissellement et lessivage vers les eaux de surface peuvent entraîner l'eutrophisation des plans d'eau. La concentration de P total dans certaines rivières du Québec est de deux à six fois plus élevée que le seuil d'eutrophisation fixé à 0,030 mg P total par litre. Il est donc important de comprendre le processus de transformation du P dans les sols et l'implication de chacune des fractions dans l'équilibre biogéochimique afin de les relier au risque environnemental. Les fractions de P labile fournissent le P disponible pour la croissance des plantes mais contribuent au risque environnemental, d'où l'importance de dresser le patron de distribution de ces fractions. Cependant, il n'y a pas de valeur critique pour ces fractions pour les sols de texture grossière voués à la culture de la pomme de terre et de canneberges. L'objectif principal de ce projet est de déterminer les valeurs critiques d'accumulation des fractions labiles du P dans les sols minéraux de texture grossière. Pour ce faire, quarante sols ont été sélectionnés dans les classes texturales grossières, soit les sables, les sables loameux et les loam sableux. Les échantillons ont été caractérisés par les analyses suivantes : Mehlich-3, pyrophosphate de sodium, oxalate acide d'ammonium et Sissingh. . Les valeurs de (P/Al)M3 varient entre 0,8 et 28,4 %, celles de DSPox varient entre 5,1 et 35,7 % et les valeurs de P à l'eau varient entre 0,0 et 11,6 mg L-1. Des relations significatives ont été obtenues entre le Peau et le (P/Al)M3 (R2 = 0,79; P< 0,001) et entre le (P/Al)M3 et le DSPox (r2 = 0,88; P< 0,001). Le fractionnement a été effectué selon la méthode de Hedley et al. (1982a), soit les fractions extraites à la résine, au NaHCO3 et au NaOH. La répartition du P dans chaque sol fut reliée au risque environnemental ((P/Al)M3, P à l'eau et DSPox). Les données ont été traitées par analyse compositionnelle des fractions labiles de P et complétées par la méthode de la distance simplicielle dont les valeurs ont été reliées au risque environnemental. Les valeurs critiques obtenues varient de 14,9 % à 16,0% (r2 = 0,39; P< 0,01 à 0,71; P< 0,001) selon le modèle utilisé. Cette relation montre que le seuil environnemental (P/Al)M3 de 0,15 établi antérieurement sépare une tendance linéaire d'un plateau dans le patron de distribution des formes labiles de P dans les sols à l'étude.

L’objectif de ce travail était de caractériser les propriétés physicochimiques de complexes formés de protéines végétales et de fibres alimentaires. Neuf complexes ont été produits à partir de trois isolats de protéines végétales (deux isolats de soya et un isolat de pois) et de deux fibres (maïs et betterave) dans les ratios protéine – polysaccharide (P-PS) 1-1, 2-1 et 4-1 par ajout graduel d’acide chlorhydrique jusqu’à pH 4. La taille, la charge, les capacités d’absorption d’eau et d’huile de ces complexes ont été évaluées dans le but de développer de nouveaux ingrédients avec des fonctionnalités désirées. La formation de complexes a permis de créer un effet de synergie permettant d’augmenter la capacité d’absorption d’eau des nouveaux ingrédients qui était plus élevée pour les complexes à base de protéines de soya et de la fibre de betterave (20 et 26% pour Soya1-Bet et Soya2-Bet contre 9 et 23% pour Soya1-Maïs et Soya2-Maïs). L’augmentation de l’absorption d’eau était en générale plus faible que l’absorption d’huile avec une différence mesurée de plus de 35%. La synergie élevée entre les P-PS des complexes était corrélée à une faible teneur en protéines et à des tailles plus petites. La formation des complexes apparaît comme un nouveau moyen permettant de moduler les fonctionnalités des protéines et des fibres en support à l’enrichissement des aliments. / The objective of this work was to characterize the physicochemical properties of complexes formed of plant proteins and dietary fibers. Nine complexes were produced from three plant protein isolates (two soy isolates and one pea isolate) and two fibers (corn and beet) with protein-polysaccharide (P-PS) ratios 1-1, 2-1 and 4-1 by gradual addition of hydrochloric acid up to a pH of 4. The size, the charge and water and oil absorption capacities of these complexes were evaluated with the aim of developing new ingredients with desired functionalities. The formation of complexes allowed to create a synergistic effect on the water absorption capacity of these new ingredients, which was found to be higher for the complexes based on soybeans and beet fiber (20 and 26% for Soya1-Bet and Soya2-Bet against 9 and 23% for Soya1-Corn and Soya2-Corn). The increase in water absorption was generally lower than oil absorption by more than 35%. The great synergy between the P-PS complex was correlated with a low protein content and smaller complex sizes. The formation of complexes appears as an interesting way to modulate the functionality of proteins and fibers to improve the level of fortification of foods.

Le phosphore apporté aux cultures par les engrais de synthèse est très peu disponible pour les plantes dans les sols hautement fixateurs en P. Seulement 5 à 20 % de la dose apportée reste disponible la première année d' application (Khiari et Parent, 2005). La mise en contact de solides de lisier de porc déshydratés (SLP) augmenterait l' efficacité d' utilisation du phosphore. Toutefois, il est important de développer des critères d ' acceptabilité pour leur donner une valeur fertilisante commerciale et réduire du coup les risques de pollution par le phosphore. La caractérisation de 9 solides de lisier de porc (SLP) montre qu' ils possèdent un bon pouvoir tampon comparativement à la tourbe, une salinité acceptable, une valeur fertilisante intéressante et pour ceux qui ont subit un compostage complet, une bonne stabilité biologique. Une substitution de la tourbe par un SLP issu d'une Centrifugeuse Mobile (CM) montre que le meilleur taux de disponibilité de P des engrais organo-minéraux est obtenu avec la fonnule suivante: 12% tourbe. 480/0 CM, 200/0 phosphate mono ammoniacal et 20 % phosphate di-ammoniacal surtout dans les sols argileux.

La pollution des cours d'eau par le phosphore (P) d'origine agricole représente l'une des plus grandes menaces pour la qualité de l'eau dans les pays développés. Une partie de la solution à ce problème réside dans le compostage qui favorise la réutilisation bénéfique des déchets organiques à la fois comme amendement du sol et comme agent fertilisant. Cependant, les apports de compost pourraient aussi induire des pertes de P. Pour une utilisation durable des composts en agriculture, il faut minimiser les risques de pertes de P lors de leur application. L'objectif principal de la présente étude était d'effectuer une caractérisation de divers composts et de leurs formes de P, et d'évaluer la disponibilité du P lors d'un essai d'incubation. Seize composts de natures diverses (composts de fumier d'animaux, de sous-produits de transformation de fruits de mer, pommes de terre, biosolides municipaux, résidus forestiers) et huit sols ont été analysés pour déterminer leurs principales caractéristiques chimiques et les différentes formes de P présentes grâce à une méthode d'extraction séquentielle. Sept composts et trois sols ont ensuite été sélectionnés pour réaliser un essai d'incubation afin d'évaluer l'influence des propriétés du sol sur les formes et la disponibilité du P des composts. La première partie de l'étude a révélé que les caractéristiques chimiques de même que les formes du P étaient variables dans les différents composts. Les résultats de l'extraction séquentielle appliquée aux mélanges sol-compost ont par ailleurs indiqué que le P inorganique était une fraction dominante par rapport au P organique. De plus, la forme de P extraite en plus grande quantité dans les mélanges sol-compost était la fraction modérément labile soulignant l'importance du type du compost dans la gestion du P. Le comportement du P provenant de divers composts appliqués au sol lors d'un essai d'incubation a permis d'évaluer la biodisponibilité du P des composts, un aspect jusqu'à présent peu documenté. La diversité des composts et des sols canadiens utilisés constituait un aspect innovateur de cette étude.

Le béton projeté est une technologie en pleine expansion de plus en plus sollicitée pour des réparations de structures en béton. Au cours de la dernière décennie, des efforts considérables furent déployés pour accroître le niveau des connaissances fondamentales sur les propriétés du béton projeté, particulièrement pour le procédé de projection du béton par voie sèche. Malheureusement, très peu d'efforts de recherche furent axés sur le développement des connaissances de base reliées au procédé de projection par voie humide. Le développement et l'amélioration de la projection de béton par voie humide est n é c e s s a i r e dans un contexte où la demande pour ce matériau de réparation ne cesse de croître. De plus, puisque l'industrie se tourne vers des pompes ayant des boyaux de faibles diamètres (inférieurs à 38-mm), une réflexion approfondie sur cette méthode de mise en place basée sur l'analyse de données expérimentales fiables s'impose. L'utilisation adéquate du béton projeté par voie humide pour des applications de réhabilitation et de réparation nécessite une bonne connaissance de l'ensemble du procédé. L'objectif de ce projet de recherche est d'approfondir la compréhension des mécanismes impliqués dans le malaxage, le pompage et la mise en place du béton projeté par voie humide. D'après les besoins urgents manifestés par l'industrie, ce projet se concentre principalement sur les objectifs suivants : Appliquer une démarche scientifique à la conception des mélanges de béton afin d'améliorer la robustesse du béton projeté par voie humide pour maintenir les propriétés du béton frais dans le temps. Cette approche vise l'adaptation du procédé aux impondérables de la pratique tels que les délais d'attente, les températures élevées et le pompage avec des boyaux de faible diamètre. Étudier la cinétique de mise en place et les propriétés fondamentales du béton frais projeté par voie humide dans le but de développer des stratégies pour augmenter l'épaisseur de béton frais en place tout en minimisant le rebond sans avoir recours à un agent accélérateurs de prise. Améliorer la compréhension du rôle de l'air sur les propriétés de pompage et de l'effet du pompage sur les caractéristiques du réseau de bulles d'air résiduel afin d'introduire ces paramètres dans des modèles de prédiction de pompage existants. L'originalité de ce projet repose sur la résolution de problèmes techniques complexes par des approches scientifiques rigoureuses et fiables. C'est par la compréhension fondamentale du comportement des phases fluides et solides du béton lors de son transport par pompage et de sa mise en place que l'amélioration et l'optimisation du procédé de projection par voie humide sera possible.

L’utilisation d’oxydants, comme l’hypochlorite de sodium, est une stratégie très efficace en traitement de l’eau pour inactiver les microorganismes responsables de plusieurs maladies. Toutefois leur utilisation favorise également la formation de sous-produits de la désinfection (SPD), tels que les trihalométhanes et les acides haloacétiques. La présence d’iodure et de bromure dans l’eau brute peut également conduire à la formation d’autres familles de SPD, les trihalométhanes iodés (THMi) et les acides haloacétiques iodés (AHAi). Cette étude a comme objectif d’évaluer la variabilité des THMi et AHAi dans deux petits réseaux de distribution de la région de Québec (notés R1 et R2) ainsi que de mesurer l’enlèvement des THMi lors de l’utilisation de filtres domestiques. L’échantillonnage de l’eau s’est effectué entre juin et décembre 2017 sur différents points dans l’usine de traitement des eaux et dans le réseau de distribution. Pour le réseau R1, des concentrations moyennes de 2,99 μg/L en THM iodés et de 0,74 μg/L en AHA iodés sont observées, alors que la concentration maximale obtenue est de 4,02 μg/L pour les THM iodés et de 2,46 μg/L pour les AHA iodés. Des concentrations moyennes de 2,98 μg/L en THM iodés et de 0,51 μg/L en AHA iodés sont observées dans le Réseau R2, alors que la concentration maximale obtenue est de 4,05 μg/L pour les THM iodés et de 2,33 μg/L pour les AHA iodés. Les concentrations en THM iodés et en AHA iodés augmentent dans l’usine, particulièrement à la suite de la post chloration et du passage de l’eau par le bassin de contact. Les concentrations en THM iodés restent ensuite stables dans le réseau de distribution alors que celles des AHA iodés diminuent. De plus, l’enlèvement des THMi s’avère très efficace après la filtration de l’eau sur un filtre domestique de type BritaMD, avec un pourcentage d’enlèvement moyen de 100%. / The use of oxidants, such as sodium hypochlorite, is a very effective strategy in treating water to inactivate microorganisms responsible for several diseases. However, their use also favors the formation of disinfection by-products (SPD), such as trihalomethanes and haloacetic acids. The presence of iodide and bromide also allows the formation of other families of SPD, iodinated trihalomethanes (THMi) and iodinated haloacetic acids (AHAi). The purpose of this study is to evaluate the variability of THMi and AHAi in two small distribution networks in the Quebec City region (R1 and R2) and to measure the removal of THMi when using household filters. Water sampling took place between June and December 2017 at various points in the water treatment plant and in the distribution network. For the R1 network, mean concentrations of 2.99 μg / L in iodinated THM and 0.74 μg / L in iodinated AHA were observed, while the maximum concentration achieved was 4.02 μg / L for THMs. iodized and 2.46 μg / L for iodinated AHAs. Mean concentrations of 2.98 μg / L in iodinated THM and 0.51 μg / L in iodinated AHA were observed in Network R2, while the maximum concentration obtained was 4.05 μg / L for iodinated THMs. and 2.33 μg / L for iodinated AHAs. Iodine THM and iodinated AHA concentrations increase in the plant, particularly because of post-chlorination and passage of water through the contact basin. The iodinated THM concentrations then remain stable in the distribution network while those of the iodinated AHAs decrease. On the other hand, the removal of THMi is very effective after filtration of water on a BritaMD type household filter, with an average removal percentage of 100%.

Le secteur des transports est considéré comme la source principale des émissions des GES au Québec. Le boisement et l'aménagement des écosystèmes routiers existants peuvent jouer un rôle très important dans la séquestration de carbone et la lutte contre les changements climatiques. La présente thèse visait à évaluer le potentiel de boisement des écosystèmes routiers pour la séquestration de carbone et la lutte contre les changements climatiques. Les analyses effectuées dans le cadre de cette thèse ont été réalisées sur des écosystèmes situés à proximité du réseau routier et répartis dans deux domaines bioclimatiques, soient l'érablière à tilleul et l'érablière à caryer cordiforme. Les résultats ont montré que les sites routiers dominés par la végétation arborée et arbustive représentent un réservoir important de carbone. De plus, la présence d'une végétation avec une dispersion fonctionnelle (FDIS) élevée permet d'augmenter le stockage de carbone dans l'écosystème. La mise sous conservation de ces sites permettrait la protection de ces stocks de carbone, alors qu'une plantation sous couvert en accompagnement de la végétation déjà existante permettrait d'augmenter la diversité fonctionnelle de ces sites et donc leur potentiel de séquestration de carbone. Par ailleurs, les résultats de simulation ont suggéré que le boisement des sites anthropisés ou artificialisés pourrait permettre de construire un nouveau couvert forestier et un puits de carbone sur ces sites; cependant, le boisement de terres agricoles abandonnées semble ne procurer que peu de bénéfices, comme la succession naturelle semble pouvoir s'y installer et séquestrer sans intervention humaine des quantités importantes de carbone. Bien que l'inventaire terrain des sites routiers ait montré que leurs sols représentent un réservoir important de carbone, ils sont aussi caractérisés par des propriétés physico-chimiques différentes de celles trouvées en milieu forestier; par exemple, ils sont exposés à des sources de contamination par les métaux lourds et les sels de déglaçage. Cela dit, cet état des sols routiers ne nuit pas à la stabilité physique du carbone dans le sol; il est même possible que la matière organique du sol immobilise ces métaux et inhibe leur lessivage. Finalement, le manque de documentation sur l'évolution de la végétation naturelle des sites routiers rend nécessaire le remesurage des sites témoins dans le temps; leur suivi et leur documentation permettront d'établir des scénarios de référence, ce qui permettra de mieux estimer l'effet du boisement de ces sites quant à la séquestration de carbone et la lutte contre les changements climatique / The transportation sector is considered the primary source of GHG emissions in Quebec. Afforestation andmanagement of existing road ecosystems play an important role in carbon sequestration and mitigation ofclimate change. This thesis aimed to evaluate the afforestation potential of road ecosystems for carbonsequestration and mitigation of climate change. The analyses were carried out on ecosystems located near theroad network in Quebec and distributed in the two bioclimatic domains: the sugar maple-basswood and thesugar maple-bitternut hickory. The results showed that roadsides dominated by trees and shrubs represent animportant reservoir of carbon; in addition, the presence of vegetation with high functional dispersion (FDIS) canenhance carbon storage in both the ecosystem and the biomass. Protecting these sites can preserve theircarbon stocks, while planting trees to accompany existing vegetation would increase the functional diversity ofthese sites and, therefore, their carbon sequestration potential. Furthermore, the simulation results suggestedthat the afforestation of anthropized or artificialized sites can create a new forest cover and increase carbonsequestration on these sites. However, the afforesting of abandoned agricultural land may not provide significantbenefits, as natural succession can take place and sequester carbon without human intervention. While the fieldinventory of road sites showed that the soils of roadsides represent a significant reservoir of carbon, these soilsare different from those found in the forest environment and are exposed to contamination from heavy metalsand de-icing salts. That said, this state of road soils does not affect the physical stability of carbon in the soil; itis even possible that organic matter in the soil immobilizes these metals and inhibits their leaching. Finally, thelack of documentation on the evolution of the natural vegetation of roadsides makes it necessary to remeasurecontrol sites over time; monitoring and documentation can help establish reference scenarios and estimate betterthe effect of roadsides afforestation in terms of carbon sequestration and mitigation of climate change.

Les matériaux granulaires sont souvent utilisés dans les chaussées à faible trafic, pour la réalisation des couches d'assise non liées. L'objectif de la thèse est une meilleure compréhension du comportement hydromécanique des matériaux granulaires insaturés sous charge répétée en tenant compte des différents effets couplés: teneur en eau et teneur en fines. Une série d'essais triaxiaux à chargements répétés (TCR) est réalisée avec les différents échantillons de sable de Missillac remodelés à différentes teneurs en eau et en fines pour caractériser les comportements de déformation permanent et résilient. En outre, les courbes de rétention sont obtenues par des essais de succion. Puis, sur la base des résultats expérimentaux, les modèles de déformations permanentes et réversibles existants sont améliorés pour prendre en compte les teneurs en fines et en eau variables. Finalement, le comportement de l'état limite du sable Missillac est estimé avec les effets des teneurs en fines et en eau. / Granular materials are often used in low traffic pavement structures as unbound granular base and sub-base layers. The objective of this context is a better understanding of hydromechanical behaviour (deformation behaviour mainly) of the unsaturated granular materials under repeated loading taking into account the various coupled effects: water content and fine content. A series of RLTTs are conducted with the different remolded Missillac sand samples at different water contents and fine contents to characterize the permanent and resilient deformation behaviour. Besides, the soil water retention curves (SWRCs) are obtained by suction measurement. Then, based on the experimental results, the existing permanent and resilient deformation models are improved to accommodate to the changeable fine content and water content. In the end, the shakedown behaviour of Missillac sand is estimated with the effects of fine content and water content.