Les sites chimiques, pétrochimiques et pétroliers génèrent des effluents chargés en polluants soumis à une réglementation de plus en plus stricte. Le travail de thèse se focalise sur le traitement des effluents industriels et plus spécifiquement sur l'amortissement des pics de pollution via un procédé d'adsorption/désorption afin de minimiser les impacts négatifs sur l'épuration biologique. Pour cela, deux études complémentaires ont été menées en parallèle. La première étude concerne l'adsorption et la désorption de polluants en phase aqueuse avec notamment la sélection d’un adsorbant puis la détermination de ses capacités d'adsorption vis-à-vis de deux molécules modèles. Plusieurs cycles d'adsorption et de désorption ainsi que des pics de pollution ont été réalisés afin de (i) démontrer la faisabilité du procédé, (ii) d'identifier les phénomènes mis en jeu et les paramètres déterminants dans la capacité d'amortissement d'une colonne d'adsorbant et (iii) étudier les phénomènes de compétition entre molécules. Les données expérimentales ont pu être modélisées avec succès à l'aide d’un couplage du modèle Linear Driving Force (LDF) et de l'isotherme de Freundlich. D'autre part, l'impact d'une variation de charge sur les performances épuratoires du traitement biologique seul a été examiné et comparé aux effets observés lors d'un pic de pollution sur un procédé couplant une colonne d'adsorbant (en amont) et le traitement biologique. Un intérêt a également été porté aux foisonnements de bactéries filamenteuses, survenus à plusieurs reprises : une identification des filaments a été réalisée et un traitement de lutte efficace a été mis en place. Les résultats ont démontré qu'une colonne d'adsorbant placée en amont du bassin de biodégradation permet d'améliorer la qualité de l'effluent traité et ainsi de respecter les normes de rejet fixées par la législation.

Ce travail porte sur l'étude du polyglyoxylate d'ethyle (PGEt) : sa synthèse, sa caractérisation et sa dégradation. Le PGEt a été obtenu par polymérisation anionique. Les conditions optimales font intervenir un amorçage par NE3 dans le CH2Cl2 à une température inférieure à -20°C. L'existence d'une température plafond (Tp = 310K pour [M]0 = 1M) nécessite l'utilisation d'agents de terminaison (phényl isocyanate ou bromure de 2-bromo-2-méthyl propionyle) afin d'obtenir des PGEt stables. La dégradation par hydrolyse in vitro du PGEt a été étudiée par RMN 1H, CES... Le mécanisme fait intervenir des coupures de chaines et des hydrolyses des esters. Les produits ultimes de dégradation identifiés sont l'éthanol et l'hydrate d'acide glyoxylique. Le caractère biodégradable du PGEt a été confirmé par respirométrie. Des études préliminaires de toxicité (sur des hématies, le nématode C. Elegans, et la croissance des plantes) n'ont pas révélé d'effet nocif du PGEt et de ses produits de dégradation. / This work focuses on the study of poly(ethyl glyoxylate) (PRtG), from its synthesis and its characterization to its degradation to some biological applications. The chosen conditions for PEtG's synthesis were initiated by an anionic way (NEt3) in presence of CH2Cl2. Because the ceiling temperature of the monomer (EtG) is low (7°C), it is necessary to block the hydroxyl ended groups generated in situ. The use of PhNCO leads to stables PEtG. The PEtG can be used as a macroinitiator of atom transfer radical polymerization (ATRP if it is wisely done. The copolymerization of styrene is then controlled. The degradation by in vitro hydrolysis of PEtG mainly led to ethanol and glyoxylic acid hydrate release. The biodegradable character of PGEt was assessed by a respirometric test and a preliminary study of toxicity (on red blood cells, worms and plants) revealed no significant effect at the concentrations generally used.

L'irrigation par les eaux usées est une pratique intéressante dans les régions arides et semi-arides où la ressource en eau subit une pression accrue. Cependant, cette pratique risque de contaminer les sols par des contaminants chimiques tels que les polluants organiques émergents comme les médicaments. Les mécanismes de transfert et de transformation de ces molécules sont encore peu connus. L'objectif de cette thèse a été d'étudier les processus de biodégradation et de sorption des médicaments en conditions contrôlées, avec une réflexion dans le contexte de la réutilisation des eaux usées pour l'irrigation. Nous avons exploité la signature chirale de l'antidépresseur venlafaxine (VEN) et de son métabolite humain majeur O-desméthyl venlafaxine (ODV) afin de discriminer le processus biologique et les processus abiotiques. Les résultats au laboratoire ont montré une corrélation entre le taux de biodégradation et le changement de fraction énantiomérique. La fraction énantiomérique de la VEN a été ensuite suivie à la sortie d'une STEP et dans une rivière recevant ce rejet, où un changement de la fraction énantiomérique a été observé, montrant l'intérêt de mieux développer cette approche pour des études de biodégradation in situ. Le processus de sorption des molécules cationiques VEN et ODV a été étudié avec deux approches, statique en batch et dynamique en colonne de lixiviation, avec une comparaison avec les molécules neutres carbamazépine et son métabolite trans-10,11-dihydro-10,11-dihydroxy carbamazepine. L'étude en batch a montré que pH et force ionique a influencé la sorption des molécules cationiques mais pas celle des molécules neutres. L'échange cationique pourrait ainsi jouer un rôle important dans la sorption des molécules cationiques. L'étude de la lixiviation a montré que les molécules neutres ont été plus mobiles que les molécules cationiques et elles sont susceptibles de contaminer l'eau souterraine dans le cas de l'irrigation par des eaux usées. / Wastewater irrigation represents great interest in arid and semi-arid regions where water demand is important. However, wastewater irrigation results in, for example, soil contamination by emerging organic pollutants such as pharmaceuticals. Transport and transformation mechanisms of these substances are still poorly understood. The objective of this thesis was to study the processes of biodegradation and sorption of pharmaceutical products in laboratory experiments, with a special reflection in the context of wastewater irrigation. Firstly, we exploited the chiral signature of the antidepressant venlafaxine (VEN) and its major human metabolite O-desmethyl venlafaxine (ODV) in order to discriminate the biological processes from other processes. Laboratory experiment showed a correlation between the biodegradation rate and the change in enantiomer fraction. The VEN was then monitored at the outlet of a WWTP and in the river receiving the discharge. A change in enantiomer fraction showed the interest for a better development of this application to investigate in situ biodegradation. Secondly, the sorption of cationic molecules VEN and ODV, as well as the neutral molecules antiepileptic carbamazepine and its human metabolite trans-10,11-dihydro-10,11-dihydroxy carbamazepine, was studied in batch and soil column leaching experiments. The pH and ionic strength conditions in batch experiment influenced the sorption of VEN and ODV, while there was little impact for neutral compounds. The cationic exchange should play an important role in the sorption process of cationic molecules. Leaching study showed that neutral compounds are much more mobile than cationic compounds; therefore they may contaminate groundwater in the case of wastewater irrigation.

L'utilisation de stents urétéraux (endoprothèses urétérales) pour soulager l'obstruction des voies urinaires est toujours entravée par le problème de l'infection, de l'incrustation et de la compression, qui nécessitent une procédure de retrait. Un nouveau type de stents urétéraux biodégradables en matér iaux polymères a été proposé pour surmonter ces problèmes. Des travaux récents ont proposé des métaux biodégradables à base de magnésium, comme nouveaux matériaux offrant à la fois résistance et biodégradation. Ce travail propose des alliages à base de zinc dont la cytocompatibilité avec les cellules urothéliales humaines normales a été évaluée par des tests 2D et 3D. Pour ce faire, les cellules ont été exposées à différentes concentrations d'extraits de métaux, 15 mg/ml de ZM21, 10 mg/ml de Zn-1Mg et 8,75 mg/ml de Zn-0,5Al. La mort cellulaire a été observée après 24 h, quoique en proportion différente pour chaque métal. Des modifications du cytosquelette des cellules a également été observée par immunofluorescence contre les cytokératines cependant, un processus de récupération des cellules a été noté au jour 3. La toxicité directe sur les cellules a été évaluée sur une construction de tissu urétéral 3D non tubulaire. Le résultat a montré que les cellules urothéliales pouvaient former un urothelium présentant des couches similaire à un tissu natif. Les protéines telles que la jonction serrée ZO-1 au niveau des couches superficielles et la laminine au niveau de la lame basale montre que le tissu reste sain au voisinage des disques métalliques après 7 jours de traitement. L'observation par MEB a montré que les cellules basales étaient attachées à la surface des métaux et observées dans un état d'étalement naturel, montrant que les pseudopodes et la morphologie fusiforme indiquent que les échantillons de métal sont non toxiques. / The use of ureteral stents to relieve urinary tract obstruction is still challenged by the problem of infection, encrustation and compression leading to the need for removal procedure. A new type of biodegradable ureteral stents made of polymeric materials has been proposed to overcome the problems. Recent works proposed magnesium-based biodegradable metals as new materials offering both biodegradation and strength. This work proposes zinc-based alloys by firstly evaluating their cytocompatibility toward normal human urothelial cells using 2D and 3D assays. Cells were exposed by different concentration of metals extracts, 15 mg/ml of ZM21, 10 mg/ml of Zn-1Mg and 8.75 mg/ml of Zn-0.5Al. Induction of cell death was observed after 24 h, resulting in reduced cell viability at different percentages for each metal. The cytoskeleton of cells was also affected as observed by immunofluorescence of cytokeratins however, the recovery process of cells was noted at day 3. Direct cell toxicity was evaluated on a non-tubular 3D ureteral tissue construct. The results showed that urothelial cells could form a multilayered urothelium as in a native tissue, with the presence of tight junction ZO-1 in superficial layer and laminin in the basal layer indicating that the tissue is healthy in the presence of the metal disks even after 7 days of treatment. SEM observation showed basal cells were found attached to the metal surface and seen as in a natural spreading state, showing pseudopodia and fusiform morphology indicating that the metal specimens are non-toxic.

L’utilisation des pesticides n’a cessé d’augmenter en particulier le glyphosate, herbicide utilisé principalement dans l’agriculture. Ses effets ont été démontrés néfastes sur l’environnement et sur la santé humaine. Bien que la plupart du glyphosate résiduel soit adsorbé par les constituants du sol, une partie peut être désorbée ou atteindre les eaux de surface par érosion. Le renforcement des normes de qualité de l'eau en milieu agricole et urbain entraîne le développement de nouveaux procédés. Les photocatalyseurs à base de TiO2 peuvent procurer une solution attrayante pour l’élimination de cet herbicide. Actif uniquement dans le domaine de l’UV qui représente 4% du rayonnement solaire, étendre cette réactivité photocatalytique dans le domaine du visible est un enjeu majeur. Le dopage du TiO2 à l’azote et au graphène a permis une élimination totale du glyphosate au bout de 30 minutes. Après sa synthèse, le photocatalyseur GR-N/TiO2 a été caractérisé par différentes techniques à savoir la diffraction des rayons X (DRX), l’infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la spectroscopie de photoélectrons X (XPS) et la microscopie électronique par transmission (TEM). L'activité photocatalytique est testée sur la dégradation du glyphosate sous irradiation de la lumière visible. Les résultats montrent que le composite GR-N/TiO2 peut effectivement photodégrader le glyphosate grâce à une amélioration impressionnante de l’activité photocatalytique due à une grande adsorption du glyphosate sur le nanomatériau synthétisé et à l’extension de l'absorption au domaine du visible. / Pesticide use has been increasing especially for glyphosate an herbicide used mainly in agriculture. Its effects have been proven harmful to the environment and human health. Although most of the residual glyphosate can be adsorbed by the soil constituents, a part may be desorbed or reach surface waters by erosion. Strengthening the quality standards of water in agricultural and urban areas leads to the development of new processes. TiO2- based photocatalysts can provide an attractive solution for the elimination of this herbicide. Active under UV light which represents only 4% of solar radiation, extending this photocatalytic activity to the visible range is a major issue. Doping TiO2 with nitrogen and graphene shows a total elimination of glyphosate within 30 minutes of reaction. The photocatalyst GR-N/TiO2 was characterized by various techniques namely X-ray diffraction (XRD), infrared Fourier transform (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and transmission electron microscopy (TEM). The photocatalytic activity was tested under visible light irradiation to glyphosate degradation. Results showed that the GRN/ TiO2 composite can effectively photodegrade glyphosate with an impressive improvement of the photocatalytic activity due to a large adsorption of glyphosate on the synthesized nanomaterial and the extension of the absorption to the visible light region conferred to photocatalyst.

HSPB8 appartient à la famille des petites protéines de choc thermique (sHSP ou HSPB) qui contient 10 membres HSPB 1-10. In vitro, HspB8 favorise la dégradation de l'Huntingtine mutée (Htt43Q), une protéine encline à agréger. HspB8 est un chaperon moléculaire capable de reconnaître des substrats protéiques mal repliés pour permettre leur repliement ou leur dégradation. HspB8 forme un complexe stable et stoechiométrique avec Bag3 (2 : 1), un cochaperon de Hsp70. Surexprimées, Bag3 et/ou HspB8 induisent la conversion de LC3-I en LC3-II indiquant que la macroautophagie est stimulée et bloquent l'agrégation de Htt43Q. Nous avons cherché dans cette étude, à déterminer si la formation du complexe HspB8-Bag3 est essentielle dans l'accomplissement de ce phénomène. Bag3 possède un domaine WW peu caractérisé, un domaine riche en proline capable d'interagir avec PLCy l , et un domaine BAG interagissant avec Hsp70 et Bcl-2. Le co-chaperon Bag3 étant modulaire, nous avons recherché quels domaines d'interaction fonctionnels lui sont essentiels. Afin de localiser le site de liaison à HspB8, nous avons réalisé des délétions systématiques des différentes régions de Bag3. L'interaction des différents délétants de 6His-Bag3 avec HspB8 a été analysée par co-puri fi cation au Nickel. Leur capacité à bloquer l'accumulation de Htt43Q dans les fractions solubles et insolubles au SDS et à augmenter le ratio LC3-II/I, marqueur de l'autophagie, a été évaluée. Nous avons déterminé que le site de liaison à HspB8 était constitué de deux motifs répétés de 14 acides aminés très conservés (B8bdl et B8bd2) depuis le poisson jusqu'à l'Homme. Dans les HEK-293T, en l'absence d'interaction avec HspB8, Bag3 est toujours capable de stimuler la macroautophagie et la dégradation de Htt43Q, bien qu'aucune activité de chaperon moléculaire ne lui soit associée in vitro. L'analyse des autres délétants suggère que l'extrémité N-terminale ainsi que la région riche en proline seraient essentielles pour l'activité de Bag3 envers Htt43Q, bien qu'elles ne le seraient pas pour stimuler la macroautophagie. Le domaine C-terminal de Bag3 serait responsable de la stimulation de la macroautophagie et sa délétion bloquerait aussi la dégradation de Htt43Q. La protéine Bag3, en permettant la dégradation des protéines mal conformées (comme Htt43Q) par macroautophagie, jouerait un rôle prépondérant dans le contrôle de la qualité des protéines.

Introduction : Les acides haloacétiques (AHA) sont produits suite au processus de chloration de l'eau potable. Leur diminution semble résulter d'une biodégradation suite à l'implantation d'un biofilm à l'intérieur des réseaux. L'objectif de la présente étude consiste à caractériser la biodiversité du biofilm et à déterminer le lien entre celui-ci et la dégradation des AHA. Méthodes : Les échantillons ont été analysés par culture ainsi que par une approche moléculaire analysant l'ARNr 16s des bactéries présentes dans le biofilm afin de permettre leur quantification et leur identification. Résultats : Les fluctuations de la biomasse sont assujetties aux fluctuations saisonnières. Ces variations sont en partie corrélées avec les taux observés de biodégradation des AHA. Conclusion : L'implantation et la biodiversité du biofilm sont tributaires de plusieurs facteurs dont la contribution individuelle au sein du processus de biodégradation des AHA reste à déterminer.

Les métaux biodégradables (MBs) ont été développés pour des applications spécifiques dans les domaines de l’orthopédie, la pédiatrie et le système cardiovasculaire. Les MBs sont conçus pour servir de support temporaire et une fois que leur présence n’est plus nécessaire, ils devront disparaitre progressivement grâce au processus de corrosion. Ces dernières décennies, divers tests aussi bien in vitro que in vivo ont été effectués dans le but de comprendre le comportement à la corrosion des biomatériaux métalliques conçus pour être résistants à la corrosion. Les MBs forment une classe de matériaux relativement nouveau et donc rares sont les tests effectués dans le domaine. Les tests effectués pour améliorer la résistance à la corrosion des biomatériaux métalliques ne peuvent pas non plus être simplement transposés aux MBs. Dans certains cas, ils peuvent être adaptés avec quelques modifications tandis que dans d’autres, la dégradation progressive devra être prise en compte pour la conception et à la mise au point de tests spécifiques. Le défi actuel est de savoir comment évaluer la réaction des tissus environnants et des organes en présence des produits de dégradation. Dans le cadre de ce projet, nous avons exploré une nouvelle méthode qui permet d’établir le profil d’expression des gènes (PEG) des cellules fibroblastique 3T3 de souris exposées à l’alliage Fe-35Mn. Cet alliage de fer récemment développé comme matériau métallique dégradable a été utilisé dans le cadre de cette expérience pour mieux comprendre le comportement des cellules face à des MBs potentiellement cytotoxiques. En résumé, les cellules 3T3 ont étés exposées pendant 24h aux élutions de produits de dégradation à travers un filtre de culture cellulaire contenant des quantités cytostatiques de 3.25mg/ml pour Fe-35Mn en poudre, 0.25mg/ml de poudre de Mn pur ou 5mg/ml de poudre de fer pur. Le profil de l’expression des gènes a été établi pour ces cellules. En comparant l’expression du profil des gènes des cellules fibroblastes 3T3 en présence de Fe-35Mn et Mn, nous avons observé que l’expression de 68 gènes avait été augmentée et l’expression de 54 gènes abaissée. Nous avons testé chez 11 gènes modulés dans les « microarrays » si cette régulation était toujours présente en utilisant le RT-PCR quantitative. C’était le cas pour 10 d’entre eux. Nous avons constaté que la caveoline-1 (cav1), une protéine structurale de caveoles (invaginations lisses de la membrane plasmique), est l’un des gènes les plus régulés de notre GEPs. Nous avons par ailleurs étudié le potentiel d’utiliser cette protéine de 22KDa comme biomarqueur pour l’étude de la cytotoxicité lors de l’exposition aux MBs. Dans le but de mieux caractériser l’expression de la cav1 dans ce contexte, les cellules 3T3 ont étés exposés soit aux ions fer ou manganèse à des concentrations cytostatiques pendant 24h et 48h. L’expression de la cav1 n’a pas été influencée par l’exposition aux ions fer. Par contre l’exposition aux ions manganèse réduit l’expression des gènes de cav1 de 30% pendant 24h et de plus de 65% pendant 48h comparée au control. La contenu en protéin de la cav1 a également été réduit de façon semblable Le même phénomène a été observé pour la cav3 (le sous-type musculaire de la caveoline) dans cette étude. Cette tendance forte et reproductible de la régulation des cavéolines permet ainsi de le considérer comme un biomarqueur potentiel pour les MBs. Ce type de réponse de la caveoline à l’exposition des MBs est similaire chez les cellules endothéliales, fibroblastes et musculaires. / Biodegradable metals (BMs) have been introduced and proposed for some specific applications including cardiovascular applications. BMs are expected to undergo ‘auto-withdrawal’ through corrosion process after fulfilling structural support. In the past decades, a wide and complete set of in vitro and in vivo tests have been proposed and investigated for the conventional corrosion resistant metallic biomaterials--but not for the BMs. The same tests that the ones developed for corrosion-resistant metals cannot be simply transposed. They can be adapted in some cases while in some others progressive degradation should inspire and lead to the design and the development of new specific tests. The current challenge is how to assess the tolerance of surrounding tissues to the presence of degradation products. In this doctoral project, a new method to investigate BMs was explored by establishing the gene expression profile (GEP) of mouse 3T3 fibroblasts exposed to Fe-35Mn, recently developed iron-based alloy, in order to better understand cell response to potentially cytotoxic BMs. Briefly, 3T3 cells were exposed to degradation products eluting through tissue culture insert filter containing cytostatic amounts of 3.25 mg/ml of Fe-35Mn powder, 0,25 mg/ml of pure Mn powder or 5 mg/ml of pure iron powder for 24 hours. GEP was then conducted from these cells. When comparing the GEP of 3T3 fibroblasts in presence of Fe-35Mn and Mn, 68 up-regulated and 54 down-regulated genes were common. These results were confirmed by quantitative RT-PCR for a subset of these genes. It was found that caveolin-1 (cav1), the structural protein of caveolae little plasma membrane smooth invaginations present in various differentiated cell types, was one of the most down-regulated genes in our GEPs. We further studied the potential of this 22kDa protein to become a biomarker for cytotoxicity towards the exposure of BMs. In order to better characterize cav1 expression in this context, 3T3 mouse fibroblasts were exposed to either ferrous and manganese ions at a cytostatic concentrations for 24 or 48 hours. Cav1 gene expression was not influenced by exposition to ferrous ions. On the other hand, manganese exposure for 24 hours reduced cav1 gene expression by about 30% and > 65% at 48 hours compared to control 3T3 cells. Cav1 cellular protein content was also reduced to the same extent. The same pattern of expression for cav3 (the muscle specific caveolin subtype) was also observed in the study. This strong and reproducible pattern of regulation of caveolins thus exhibits a potential as a biomarker for the toxicity of BMs.

La séquestration du carbone dans les cannebergières ou atocatières par des opérations successives de sablage de la litière peut contribuer à fixer du carbone malgré la conversion de l'écosystème forestier d'origine en cannebergière commerciale. L'objectif de ce travail était de mesurer la cinétique de décomposition des résidus de canneberge et la capacité de séquestration du carbone dans des cannebergières de l'Est du Canada. Dans le but de comparer les agroécosystèmes de canneberge aux écosystèmes mondiaux et déterminer l'influence de la fertilisation azotée sur le taux de décomposition de la matière organique, une première expérience a été réalisée en 2017 en utilisant le Tea Bag Index (TBI) où des sacs de thés et de résidus de canneberges ont été enfouis puis récoltées 90 jours plus tard dans des parcelles expérimentales ayant reçu trois (3) traitements d'azote (30, 45, 60 kg N ha⁻¹). Une seconde expérience avec le TBI a été réalisée pendant 147 jours avec échantillonnage tri-hebdomadaire afin d'évaluer la consistance du TBI et la cinétique de la décomposition du carbone et des fractions biochimiques. Afin d'évaluer l'influence de la température et de la profondeur du sol sur les émissions de CO₂, des échantillons de sols ont été incubés à trois températures (10, 20 et 30 °C) et à trois profondeur (0-10 ; 10-20 ; 20-30 cm). Les écosystèmes de canneberge montraient un faible taux de décomposition de la matière organique comparé aux autres écosystèmes mondiaux, et caractérisés par un fort potentiel de séquestration de carbone. Les doses croissantes d'azote n'ont pas une influence importante sur le TBI. Les taux de décomposition des thés vert et rooibos déviaient de la cinétique de premier ordre, adoptant un comportement fractal attribué à une réduction de contact entre les thés et leur environnement immédiat durant l'incubation au champ. Les émissions de CO₂ augmentaient en fonction de la température et diminuaient en fonction de la profondeur du sol en raison de changements importants dans la composition biochimique de la matière organique. Malgré le faible taux d'émission de CO₂ en profondeur (10-30 cm), les couches profondes se sont montrées plus sensibles à la température et pourraient constituer un risque de taux élevé d'émission de CO₂ que la couche de surface (0-10 cm) dans un contexte de réchauffement climatique. Cette recherche démontre le fort potentiel de séquestration du carbone dans les sols de canneberge. / Carbon sequestration in cranberry soils during litter burying by sanding operations can contribute fixing carbon from the atmosphere despite conversion of the original forest ecosystem into a cranberry agroecosystem. The objective of this study was to measure the kinetics of cranberry residue decomposition and carbon sequestration capacity in cranberry soils of eastern Canada. To compare cranberry agroecosystems with terrestrial ecosystems and access the effect of nitrogen fertilization on organic matter decomposition rate, first experiment was carried out in 2017 using the Tea Bag Index (TBI) where bags of teas or cranberry residues were buried then harvested 90 days later in experimental plots that received three (3) nitrogen treatments (30, 45, 60 kg N ha⁻¹). A second experiment was carried out for 147 days with tri-weekly sampling to evaluate the consistency of TBI and the decomposition kinetics of carbon and biochemical fractions. To assess the influence of temperature and soil depth on CO₂ emissions, soil samples were incubated at different temperatures (10, 20 and 30 °C) at different depths (0-10; 10-20; 20-30 cm). Results showed that decomposition rate of cranberry agroecosystems were in the low range among terrestrial ecosystems with high carbon sequestration capacity. Nitrogen doses do not impact importantly on TBI. The decomposition rate deviated from first order kinetics showing fractal behavior due to reduced contact between the green and rooibos teas and the immediate environment during incubation in the field. The CO₂ emissions rate increased with temperature and decreased with soil depth due to changes in organic matter composition. Despite the low rate of CO₂ emissions at depth (20-30 cm), the deep layers are more sensitive to temperature than upper layers (10-20 cm) and could be a risk of high rate of CO₂ emissions in a context of global warming. This research demonstrated high potential for carbon sequestration in cranberry agroecosystems.

Ce projet de doctorat a permis pour la première fois de concevoir, réaliser et étudier le potentiel des matériaux métalliques biodégradables. En effet, le fer pur et les alliages de magnésium avaient été évalué entre 2001 et 2003 quant à la possibilité de devenir des biomatériaux dégradables. Ces travaux ont cependant montré que les propriétés mécaniques et du comportement en dégradation de ces alliages devaient être améliorées pour répondre aux besoins cliniques. Dans cette perspective, une série de nouveaux alliages du système Fe–Mn ont été élaborés et étudiés. L'objectif est d'obtenir des propriétés physiques et mécaniques similaires à celles de l'acier inoxydable 316L (SS316L) et un comportement à la dégradation mieux adapté à l’environnement physiologique humain que le fer pur et les alliages de magnésium. Quatre alliages de fer contenant 20 à 35% de manganèse ont été préparés par les techniques de la métallurgie des poudres, puis par la suite ils ont subi plusieurs cycles de laminage à froid et de frittage. Les résultats de ces travaux ont montré que la microstructure des alliages Fe–Mn est principalement composée d’une phase austénitique et de traces de phases martensitiques chez les alliages contenant moins de manganèse. Les alliages sont non–ferromagnétiques, leur susceptibilité magnétique étant inférieure à celle du SS316L. Contrairement au SS316L, cette susceptibilité magnétique demeure constante après écrouissage. Les propriétés mécaniques des alliages Fe–Mn approchent celles du SS316L. Leur limite d'élasticité diminue de 420 à 210 MPa et leur allongement à la rupture augmente de 5 à 32% quand la teneur en manganèse augmente de 20 à 35%. Pendant un essai in vitro, les alliages se dégradent par corrosion. Les produits de dégradation sont des couches d’hydroxydes de fer et de calcium/phosphore. Les taux de corrosion mesurés sont plus grands que celui du fer pur, mais plus faibles que celui de l’alliage de magnésium. Le relargage des ions de fer et de manganèse dans la solution est limité par les couches de produits de dégradation. Les essais de viabilité cellulaire ont montré que les alliages de Fe–Mn inhibent faiblement l’activité métabolique des fibroblastes. Tous ces éléments confirment le potentiel des alliages Fe–Mn pour la fabrication d’un biomatériau dégradable biocompatible. / This doctoral project permitted for the first time to design, develop and study metallic alloys as degradable biomaterials. Between 2001 and 2003, commercially pure iron and magnesium alloys were evaluated for their possibility to become degradable biomaterials. In those studies, it was found that their mechanical property and degradation behaviour were not clinically well suited. In this context, a series of Fe–Mn alloys was produced with the objective to obtain physical and mechanical properties similar to those of stainless steel 316L (SS316L) and degradation behaviour more suited in human physiological environment than pure iron and magnesium alloys. Four alloys with manganese content ranging between 20 and 35 wt% were prepared via a powder metallurgy route followed by a series of cold rolling and resintering cycles. Results showed that their microstructure was mainly composed of austenitic phase with the trace of martensitic phase in alloys having lower manganese content. This microstructure resulted into a nonmagnetic behaviour of the alloys with magnetic susceptibility lower than that of SS316L. In contrast to SS316L, this magnetic susceptibility remained constant after having plastic deformation. The alloys showed mechanical property approached to that of SS316L. As manganese content increased, the yield strength decreased from 420 to 210 MPa and the elongation increased from 5 to 32%. The alloys degraded in simulated coronary artery conditions by the mechanism of corrosion. Their average corrosion rate was faster than that of pure iron and slower than magnesium alloys. The degradation products constituted of iron hydroxides and calcium/phosphorus containing layers which adhered onto the substrate. The release of iron and manganese ions into the solution was limited by the insoluble degradation layer. The cell viability assays showed that the Fe–Mn alloys possess a low inhibition effect to fibroblast cells metabolic activities demonstrating their potentiality to be a biocompatible degradable biomaterial.