Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017 / La construction d’un champ de canneberge nécessite la mise en place d’un système de drainage et une modification de la stratification naturelle du sol qui peuvent induire une anthropomorphisation rapide de ce dernier. La consolidation induite par les cycles accélérés de drainage et de recharge de l’eau du sol; la filtration et le colmatage des pores du sol par des particules colloïdales, accélérées par ce mode de gestion de l'eau, vont modifier les propriétés hydrauliques du sol. Ceci peut affecter l’efficacité du drainage et par conséquent le rendement de la cannebergière. Les objectifs de ce projet de doctorat étaient d’avancer les connaissances sur: (i) les processus hydrodynamiques régissant les mécanismes de transport dans les champs de canneberge; (ii) l’évolution génétique d’un sol de canneberge et ses effets sur la capacité de drainage; et (iii) l’identification des paramètres/processus les plus sensibles à la genèse du sol accélérée par les pratiques de gestion de l’eau. Au court de ce projet une caractérisation exhaustive de profils de sol a servi à classifier et proposer une nouvelle norme de drainage. Plusieurs expériences en laboratoire et aux champs ont été réalisées afin de déterminer le rôle de la migration de particules fines et de la consolidation du sol sur l’évolution des propriétés hydrauliques. De plus, ce projet a permis de mettre au point une méthode de prédiction des propriétés hydrauliques basées sur l’utilisation d’un tomographe permettant de prédire l’évolution spatio-temporelle des propriétés hydrauliques à de très grandes résolutions. Conjointement aux travaux pratiques, les résultats de travaux de modélisation hydrologique et d’analyses de sensibilité ont permis de déterminer les conditions d’hétérogénéité de sol les plus critiques causant un drainage inadéquat. Les résultats de cette étude ont révélé l’existence de problèmes de drainage liés à la genèse anthropique d’un horizon ayant des propriétés hydrauliques restrictives et permis de quantifier l’impact de la migration et de la consolidation sur l’altération des propriétés hydrauliques. L’ensemble des connaissances acquises par ce projet illustre qu’une genèse anthropique d’un sol de canneberge affecte la capacité de drainage et que celle-ci se produit dans les premières années d’implantation d’un champ. L’acquisition de connaissances sur les mécanismes de genèse anthropique permet désormais de prévoir l’évolution des sols selon plusieurs conditions et de mieux anticiper et contrôler leurs futurs effets négatifs sur la production de canneberge par l’implantation de stratégies de conservation des sols. / The construction of a cranberry field requires the establishment of a drainage system and a modification of the natural soil stratification that can induce rapid anthropomorphization thereof. Consolidation induced by accelerated cycles of drainage and recharge; filtration and clogging of soil pores by colloidal particles, accelerated by the water management, will change the soil hydraulic properties. This can affect the efficiency of drainage and therefore the productivity of the cranberry fields. The objectives of this PhD project was to advance knowledge on: (i) the hydrodynamic processes governing the transport mechanisms in cranberry fields; (ii) the genetic evolution of a ground cranberry and its effects on the drainage capacity; and (iii) identification of parameters / the most sensitive processes in soil formation accelerated by water management practices. During this project, a exhaustive characterization of soil profiles was used to group and propose a new standard for evaluating the drainage. Several laboratory experiments and field were conducted to determine the role of migration of fines particles and soil consolidation on the evolution of hydraulic properties. In addition, in this project we have developed a method for predicting the hydraulic properties based on the use of tomography to predict the spatiotemporal evolution of the hydraulic properties at very high resolutions. Together with the practical work, the results of hydrological modeling and sensitivity analysis were used to determine the most critical soil heterogeneity conditions causing inadequate drainage. The results of this study revealed the existence of drainage problems related to anthropogenic genesis of a horizon with restrictive hydraulic properties and quantified the impact of migration and consolidation of alteration of hydraulic properties. All the knowledge gained through this project shows that anthropogenic genesis of a soil of cranberry field affect the drainage capacity and that it occurs in the first years of implementation of a field. Acquiring knowledge on anthropogenic genesis mechanisms now allows to predict the evolution of soils according to several conditions and better anticipate and control their future negative effects on cranberry production through the implementation of soil conservation strategies.

Contrairement à la croyance populaire, la canneberge ne pousse pas dans l’eau et la gamme de potentiel matriciel de l’eau dans le sol optimale pour la croissance des plants se situe entre −3.0 et −7.5 kPa. Un sol gorgé d’eau et mal aéré diminue la capacité des plants à prélever les nutriments dans le sol et peut augmenter les maladies racinaires. Il est donc primordial d’entretenir un système de drainage efficace afin de maintenir les plants dans un environnement optimal. L’objectif de ce projet était le développement d’une méthode de diagnostic des systèmes de drainage souterrain dans la production de canneberges. Les hypothèses étaient : (a) les variabilités spatiales verticale et horizontale des propriétés hydrodynamiques du sol influence l’efficacité d’un système de drainage et (b) l’étude de données tensiométriques et de l’évolution de la hauteur de la nappe en fonction du temps permet de déterminer l’efficacité d’un système de drainage. Aux étés 2013 et 2014, un dispositif expérimental de suivi de la nappe (puits d’observation, tensiomètres, sondes de pression) a été mis en place sur 21 champs. En parallèle, 960 échantillons de sol ont été prélevés sur huit champs et rapportés en laboratoire afin d’estimer la variabilité spatiale des propriétés hydrodynamiques du sol. Les analyses des données obtenues de vitesse de rabattement de la nappe, conductivité hydraulique à saturation, masse volumique, porosité, rendement, granulométrie, paramètres de rétention en eau et teneurs en eau du sol ont permis de mettre en évidence leur influence sur le rendement et l’efficacité de drainage. En se basant sur des courbes de rabattement de la nappe, la vitesse de rabattement de la nappe et le profil de charge, une charte de diagnostic a pu être développée. Cette charte de diagnostic, à l’issue de quatre grandes questions directrices, permet l’identification d’un possible problème de drainage. / Efficient drainage systems are essential in the development of more intelligent precision irrigation methods in cranberry production. Most cranberry fields are equipped with subsurface drainage systems used for excess water removal and water table control. In fact, cranberry reveals high sensitivity to wet conditions with an important decrease in crop yields caused almost exclusively by dysfunctional drainage systems. Previous works have highlighted the need to improve existing drainage systems. The main objective of this study was to develop a real-time method for assessment of subsurface drainage system performance. The hypotheses were : (a) the vertical and horizontal spatial variability of the hydrodynamic soil properties influence underground drainage system efficiency and (b) the study of tensiometric data and changes in the water table height versus time, allows us to assess drainage system efficiency. During the 2013 and 2014 crop seasons, real-time experimental devices (observation wells, tensiometers, and pressure sensors) were installed in 21 fields (13 in Manseau and eight in the Lac-St-Jean region, Québec, Canada) in order to monitor the water table and soil matric potential. In order to assess the relationship between drainage efficiency and soil properties, 960 undisturbed soil cores were collected over eight fields and brought back to the laboratory for hydrodynamic soil properties characterization. Data obtained from water table drawdown speed, saturated hydraulic conductivity, bulk density, porosity, granulometry, water retention parameters and water contents allowed to highlight their influence on crop yields and drainage efficiency. Based on water table drawdown curve, water table drawdown speed and water height profile, a diagnostic diagram was developed. This diagnostic charter, based on four guiding questions, allows for the identification of drainage problems.

De nouvelles recommandations dans la production de canneberges suggèrent l'utilisation de l'irrigation souterraine, une méthode susceptible d’augmenter l’accumulation de sels dans le sol. Par ailleurs, le prélèvement d’eaux souterraines saumâtres dans des nappes résiduelles de la mer Champlain sous les dépôts d’argile dans la vallée du St-Laurent ou résultant du rehaussement des niveaux marins dans les zones côtières dû aux changements climatiques pourrait affecter la productivité des canneberges cultivées dans l’Est du Canada. Puisque très peu de données concernant la tolérance de la canneberge à la salinité sont disponibles, cette étude a été menée afin de déterminer si ces nouvelles recommandations pourraient éventuellement affecter le rendement de la plante. Dans une serre, des plants de canneberge ont été soumis à huit traitements obtenus à partir de deux méthodes d'irrigation (aspersion et irrigation souterraine) et quatre niveaux de salinité créés par des quantités croissantes de K2SO4 (125, 2 500, 5 000 et 7 500 kg K2O ha-1). L’irrigation souterraine a entraîné des conditions édaphiques plus sèches. Cependant, aucune différence significative de la conductivité électrique de la solution du sol (CEss) n’a été observée entre les deux types d'irrigation. Pourtant, les taux de photosynthèse et la nouaison étaient significativement plus faibles chez les plantes sous traitement d’irrigation souterraine. Les paramètres de croissance ont diminué de façon linéaire avec l’augmentation de la salinité alors que les paramètres de rendement ont connu une diminution quadratique avec l’élévation de la CEss. Une CEss moyenne de 3,2 dS m-1 pendant la floraison a provoqué une chute de 22% du taux relatif de photosynthèse et une diminution de 56% du rendement par rapport au témoin. Le suivi de la conductivité électrique du sol lors de l’implantation d’une régie d’irrigation souterraine de déficit en production de canneberges serait donc recommandable afin d’éviter le stress salin. / New recommendations in cranberry production suggest the use of sub-irrigation, an irrigation method suspected to increase the risk of salt buildup. On the other hand, the pumping of brackish waters in the residual Champlain sea waters below the clay deposits of the St-Lawrence valley or resulting from upraising of sea levels in coastal areas due to climate change could affect the productivity cranberry crops in Eastern Canada. Because very little is known about cranberry’s tolerance to salinity, this study was conducted to determine which salinity level would affect plant yield in two different irrigation strategies. Cranberry plants were grown in a greenhouse and submitted to eight different treatments obtained from two irrigation methods (overhead and sub-irrigation) and four salinity levels created by increasing amounts of K2SO4 (125, 2 500, 5 000 and 7 500 kg K2O ha-1), at the salinity levels ranging from fresh to brackish waters. Sub-irrigation resulted in drier soil conditions. However, no significant difference in soil solution electrical conductivity (ECss) was observed between the two types of irrigation. Still, photosynthetic rates and fruit set were significantly lower in sub-irrigated plants. This suggests that the difference in soil water contents influenced plant growth and development. Growth and yield parameters decreased significantly with soil salinity and an average ECss of 3.2 dS m-1 (slightly brackish) during flowering caused a 22% drop in relative photosynthetic rate and a 56% decrease in yield when compared to the control. It would therefore be recommended to evaluate in situ soil electrical conductivity when fields are submitted to deficit sub-irrigation in order to secure maximum yield and the sustainable and efficient use of water resources.

Cette recherche a pour objectif principal d'estimer les paramètres de Van Genuchten en utilisant une grille manuelle ainsi que la méthode inverse d'HYDRUS-1D et de PEST. Elle vise à gérer l’irrigation dans un champ de canneberges. L’optimisation des paramètres hydrauliques dépend des variables d’entrées, des données initiales et des limites imposées par Mayer (1999). Toutefois, l’existence du phénomène d’hystérèse dans un sol sableux de texture grossière, la distribution racinaire linéaire ou uniforme et le choix de l’optimisateur numérique peuvent influencer la qualité de l’optimisation des paramètres hydrauliques ainsi que la calibration du modèle. L’efficacité numérique du modèle a été évaluée à partir de critères statistiques. Le modèle calibré par HYDRUS-1D, à partir des données du potentiel matriciel obtenues sur le terrain, a fourni des analyses numériques plus précises. / This study’s main objective is to estimate Van Genuchten's parameters by using a manual grid as well as the inverse method of HYDRUS-1D and PEST. It aims to determine irrigation requirements in a cranberry field. Hydraulic parameter optimization depends on input variables, initial data and imposed constraints such as mentioned by Mayer (1999). However, hysteresis in coarse texture soil, linear or uniform root distribution and simulation numerical code selection may influence hydraulic parameter optimization quality and the model calibration program responsible for the simulation. Model digital efficiency has been evaluated based on statistical criteria. The calibrated model by HYDRUS-1D taken from pressure head field data provides more accurate digital analyses.

L’application de 1 à 5 cm de sable est une pratique des plus communes dans la production de canneberge (Vaccinium macrocarpon). Cette opération est effectuée à un intervalle de 2 à 5 ans afin d'ancrer les stolons et stimuler leur enracinement. Les essais aux champs ont permis de mettre en évidence que dans la majorité des cas l’application de sable n’a pas d’impact direct sur la gestion des plantes nuisibles vivaces; ce fut particulièrement le cas dans les champs ayant plus de 60% de recouvrement de canneberges avant l’application du sable (%CAN). D’un autre côté, l’application de 1,9 cm de sable a permis la répression d’annuelles (Digitaria sanguinalis, Hypericum mutilum) et d’une vivace de courte durée (Agrostis scabra), après une première application pour un site avec moins de 25% CAN et lors de la deuxième saison pour un site avec moins de 60% CAN.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La canneberge à gros fruits (Vaccinium macrocarpon) est un arbuste vivace cultivé principalement au Canada et aux États-Unis. Au cours des dernières années, le Québec est devenu un important producteur de canneberge ce qui en fait le plus grand producteur au Canada et le plus grand producteur de canneberge biologique au monde. Avec cette augmentation de la production, la pourriture des fruits de la canneberge (PFC), une maladie causée par 12 espèces de champignons, est devenue l'un des principaux facteurs affectant le rendement. Tirant partie de la technique moléculaire pour identifier l'agent pathogène en cause, cette étude s'est fixée pour objectif d'évaluer l'évolution temporelle de la PFC en déterminant et en comparant l'abondance des espèces fongiques sur deux années de production, 2018 et 2020, à partir de trois fermes (biologique, transition - sans fongicides depuis 2015, conventionnelle - trois applications de fongicides par année) réparties dans trois régions distinctes du Québec (respectivement, Saguenay - Lac - St - Jean, Lanaudière, Centre du Québec). Comme prévu, des variations significatives de la diversité fongique et de l'abondance relative ont été observées entre les années et les fermes. Cependant, les champignons prédominants au Québec sont demeurés les mêmes au fil des sites et des périodes d'échantillonnage, à l'exception d'une diminution de Colletotrichum fructivorum couplée à une augmentation de Strasseria geniculata entre 2018 et 2020. De plus, Monilinia oxycocci a été retrouvé presque exclusivement dans la ferme biologique, les deux années à l'étude, ce qui indique que les fongicides peuvent réprimer cet agent pathogène efficacement avec un effet durable. De plus, la plus grande diversité de champignons identifiés dans la ferme biologique confirme que les applications de fongicides ont réduit l'incidence de la PFC et la composition fongique. Bien que la température et les précipitations soient connues pour influencer le développement des maladies fongiques des plantes, les connaissances sur l'impact des facteurs environnementaux sur la dynamique spatio-temporelle des PFC sont limitées. Sur la base des données climatiques obtenues d'Environnement et Changement climatique Canada pour les trois fermes enquêtées, les effets des facteurs climatiques sur les variations observées de l'abondance des espèces ont été évalués en utilisant la modèle d'amplification du gradient d'apprentissage automatique, qui est un algorithme d'apprentissage automatique supervisé robuste. Étonnamment, la température et les précipitations n'étaient pas les facteurs les plus importants influençant l'incidence des champignons pathogènes causant la PFC au Québec. Les analyses ont révélé l'impact inattendu de pression de l'air sur la présence des espèces tout en corroborant celui des applications de fongicides. L'étude de l'effet des facteurs climatiques sur l'incidence de la PFC a abouti aux premiers résultats sur l'impact de leur évolution dans l'espace et dans le temps. En raison de leur influence sur les espèces de la PFC, le présent travail confirme qu'une estimation plus poussée de leur importance pourrait mener à une meilleure gestion de cette maladie. / Large cranberry (Vaccinium macrocarpon) is a perennial shrub grown mainly in Canada and the United States. In recent years, Québec has become a major producer of cranberry making it the largest in Canada and the largest of organic cranberry in the world. With this increase in production, cranberry fruit rot (CFR), a disease caused by 12 fungal species, has become one of the major factors affecting yield. Taking advantage of molecular techniques to identify the pathogens involved, this study set for objective to assess the temporal evolution of CFR by determining and comparing the abundance of CFR fungal species in two years, 2018 and 2020, from three cranberry farms (organic, transitional - without fungicides since 2015, conventional - three fungicide application per year), located in three distinctive regions of Quebec. As expected, significant variations in both fungal diversity and species relative abundance (SRA) were observed between years and farms. However, the predominant CFR fungi in Québec remained the same over the sampling sites and periods, with the exception of a decrease of Colletotrichum fructivorum coupled with an increase of Strasseria geniculata between 2018 and 2020. In addition, Monilinia oxycocci was almost exclusively found in the organic farm for the two years under study, indicating that fungicides can control this pathogen efficiently with a lasting effect. In addition, the higher diversity of fungi identified in the organic farm confirms that fungicide applications lowered CFR incidence and fungal composition. Although temperature and precipitations are known to influence the development of fungal plant diseases, there is limited knowledge of the impact of environmental factors on the spatio-temporal dynamics of CFR. Based on climatic data obtained from Environment and Climate Change Canada for the three surveyed farms, the effects of climatic factors on the observed variations in species abundance were evaluated by using the extreme gradient boost method, which is a robust supervised machine learning algorithm. Surprisingly, temperature and precipitations were not the most important factors influencing the incidence of CFR fungal pathogens in Québec. Analyses revealed the unexpected impact of air pressure on the presence of CFR species while corroborating that of fungicide applications. Investigating the effect of climatic factors on the incidence of the CFR resulted in the first outcomes on the impact of their evolution over space and time. Because of their influence on CFR species, the present work confirms that further estimation of their importance could result in better management of this disease.

L’objectif principal de ce projet est de valoriser les résidus de canneberge dans le but d’en produire un jus secondaire riche en antioxydants. Pour cela, la matière sèche soluble extraite, riche en polyphénols et sucres, a été concentrée par cryoconcentration à une température de congélation de -20 ± 2 °C. Le premier objectif spécifique de cette étude consistait à déterminer le temps de congélation et de décongélation de solutions modèles de sucres qui sont naturellement présents dans la canneberge comme le sucrose, glucose, fructose et de leur mélange au ratio semblable à celui du jus de canneberge. Quant au deuxième objectif spécifique, il consistait à extraire la matière sèche soluble des résidus de canneberge et de la concentrer par cryoconcentration, puis d’en quantifier la teneur en polyphénols totaux et leur répartition dans les différentes phases lors du processus de décongélation de trois fractions dont chacune représente le tiers du volume initial de la solution. La cryoconcentration en cascade a été utilisée et trois fractions ont été récoltées. Pour les solutions modèles, le degré °Brix initial était fixé à 2,5, 5, 7,5 et 10 °Bx. Dans le cas des résidus de canneberge, des concentrations de 2,5 et 10 % des résidus de canneberge broyés et non broyés ont été utilisés. Les résultats obtenus ont montré que le temps de congélation du mélange des sucres simples (glucose + fructose) et du sucrose seul est plus court que celui des solutions individuelles de fructose et du glucose. Le degré Brix (°Brix) des solutions a été doublé dans la première fraction décongelée. Concernant le deuxième objectif spécifique de ce projet, deux volets ont été considérés : le volet 1 dont les résidus de canneberge n’ont pas été broyés et le volet 2 dont les résidus de canneberge ont été broyés. Les résultats relatifs au volet 1 ont montré que la concentration de la première fraction en polyphénols totaux est passée de 0,183 mg/ml à 0,238 mg/ml pour la solution initiale d’une concentration de 10 % et de 0,056 mg/ml à 0,067 mg/ml pour la solution initiale d’une concentration de 2,5 % de matière sèche totale. La matière sèche de la première fraction est passée de 1,09 ± 0,02 % à 2 ± 0,01 % pour la solution initiale dont la concentration était de 10 %. Concernant le volet 2, la teneur en polyphénols de la première fraction est passée de 0,187 mg/ml à 0,252 mg/ml avec une solution initiale d’une concentration de 2,5 % de matière sèche totale et de 0,475 mg/ml à 0,720 mg/ml pour la solution d’une concentration de 10 %. Pour ce qui est de la matière sèche, elle est passée de 0,94 ± 0,076 % à 1,86 ± 0,05 % pour la solution de canneberge dont la concentration en matière sèche totale était de 10 %. Le volet 1 et le volet 2 à 2,5 % ont montré des résultats presque constants de la matière sèche et des polyphénols totaux. S’agissant de la couleur, la première fraction de la cryoconcentration a iv montré une couleur plus vive par rapport à la couleur de la solution initiale. Ceci a été constaté au volet 1 et au volet 2 pour les mêmes concentrations. Ces résultats montrent qu’il est possible de produire un jus secondaire riche en polyphénols par la valorisation des résidus de canneberge dans un processus combinant l’extraction solide-liquide avec la cryoconcentration par congélation en bloc complet suivie d’une décongélation gravitationnelle. Pour améliorer la qualité du jus secondaire ainsi que la quantité produite (efficacité quantitative du procédé), une synergie entre l’affinité avec l’éthanol des polyphénols et la cryoconcentration pourrait être appliquée. En effet, cette combinaison pourrait permettre une augmentation de la quantité de sucre dans le jus avec une augmentation significative de la concentration des polyphénols dans la fraction cryoconcentrée. / The main objective of this project was to valorize the cranberry residues in order to produce a secondary juice rich in antioxidants. For this, the extracted soluble dry matter, rich in polyphenols and sugars, was concentrated by cryoconcentration at a freezing temperature of -20 ± 2 ° C. The first specific objective of this study was to determine the time of freezing and thawing of model solutions of sugars that are naturally present in cranberries such as sucrose, glucose, fructose and their mixture at a ratio similar to that of cranberry juice. The second specific objective was to extract the soluble dry matter from the cranberry residues and concentrate it by cryoconcentration, then to quantify the total polyphenol content and their distribution in the different phases during the thawing process of three fractions each of which represents one third of the initial volume of the solution. Cascade cryoconcentration was used and three fractions were harvested. For model solutions, the initial ° Brix degree was set at 2.5, 5, 7.5 and 10 ° Bx. For cranberry residues, 2.5% and 10% crushed and unmilled Cranberry residues were used. The results obtained showed that the freezing time of the mixture of sugars and sucrose is shorter than that of fructose and glucose. The degree Brix of the solutions were doubled to the first thawed fraction. Regarding the second specific objective of this project, two steps were considered: in the step # 1, cranberry residues were not crushed and in the step # 2, the cranberry residues were crushed. The results obtained in the step # 1 showed that the concentration of the total polyphenols in the thawed first fraction increased from 0.183 mg/ml to 0.238 mg/ml for the initial solution at a concentration of 10% of total dry matter, and from 0.056 mg/ml to 0.067 mg/ml for the initial solution with a concentration of 2.5% total dry matter. Moreover, the results showed that the dry matter of the thawed first fraction increased from 1.09 ± 0.02% to 2 ± 0.01% for the initial solution with a concentration of 10% total dry matter. Concerning the step # 2 of this specific objective, the polyphenol content of the thawed first fraction increased from 0.187 mg/ml to 0.252 mg/ml when the used initial solution was at a concentration of 2.5% total dry matter, and from 0.475 mg/ ml to 0.720 mg/ml for the initial solution with a concentration of 10% total dry matter. Regarding the total dry matter of the cryoconcentrated solutions, it increased from 0.94 ± 0.076% up to 1.86 ± 0.05% for the cranberry solution with an initial total dry matter concentration of 10%. The results obtained in the step # 1 and the step # 2 with the initial solution of 2.5% total dry matter showed almost constant results regarding the dry matter and total polyphenols. Regarding the color, the first thawed fraction of the vi cryoconcentration procedure showed a brighter color compared to the color of the initial solution. These results showed that it is possible to produce a secondary juice rich in polyphenols by valorizing cranberry residues combined with cryoconcentration. To improve the quality of the secondary juice as well as its yield, a synergy of ethanol and cryoconcentration could be applied. Indeed, this combination could allow an increase of the amount of total sugars and polyphenols in the cryoconcentrated secondary cranberry.

La canneberge est bien reconnue pour les effets bénéfiques qu’elle peut apporter à la santé humaine. Cependant, la consommation de jus de canneberge est limitée car le jus a une grande acidité (teneur élevée en acides organiques) qui cause des effets secondaires tels la diarrhée, des vomissements et ballonnements. Par conséquent l’acidité du jus de canneberge doit être réduite pour améliorer la palatabilité du jus et diminuer les effets secondaires dus à sa consommation. La désacidification des jus, tels le jus de fruit de la passion et le jus de canneberge, par électrodialyse conventionnelle et électrodialyse avec membranes bipolaires par application d’un courant direct et continu s’est montrée efficace en comparaison avec les autres méthodes de désacidification telles les résines échangeuses d’ions et la précipitation au sel de calcium. L’objectif global de cette étude était d’appliquer les champs électriques pulsés (CÉPs) pendant l’électrodialyse avec membranes bipolaires pour désacidifier le jus de canneberge efficacement au niveau énergétique. Le CÉP consiste à appliquer un courant (Ton) et une pause de courant (Toff) pendant un temps donné consécutivement. Neuf conditions différentes ont été testées: 10s/2s, 1s/0.1s, 10s/0.1s, 6s/2s, 10s/1s, 2s/2s, 1s/1s, 6s/0.1s, 6s/1s. La désacidification du jus de canneberge a été 15% plus rapide avec les conditions de CÉPs de 1s/1s et 2s/2s en comparaison avec la désacidification à courant direct et continu et les autres combinaisons de pulse-pause. Pour ces 2 conditions, les migrations d’acide citrique et d’acide malique étaient plus rapides, ce qui a engendré un taux plus important de désacidification. Pour préserver l’authenticité du jus de canneberge, l’acide quinique doit être conservé, ce qui est le cas dans cette étude puisque l’acide quinique ne migre pas significativement quelles que soit les conditions testées. De plus, les PACs, les anthocyanes et les polyphénols totaux ont été conservés dans toutes les conditions de CÉP. Pour la première fois, l’efficacité d’appliquer du CÉP dans la désacidification de jus a été démontrée. L’électrodialyse avec membranes bipolaires pourrait être une méthode alternative verte et durable pour désacidifier des jus de fruits tout en préservant leurs caractéristiques organoleptiques et physico-chimiques. / Cranberry is well recognized for its beneficial effects on human health, but the consumption of cranberry juice is limited due to its high acidity (high organic acid contents) which is the cause of undesirable side effects such as diarrhea, vomiting and bloating. Therefore, the acidity should be reduced to improve the palatability of the juice and to decrease the side effects. The deacidification of juices, such as citric acid solutions, passion juice and cranberry juice, by conventional electrodialysis and electrodialysis with bipolar membranes (EDBM) with coutinuous direct current (DC), has shown to be very effective in comparison with chemical methods such as calcium salt precipitation or ion-exchange resine. Therefore, the objective of this project is to apply pulsed electric field (PEF) during EDBM to deacidify cranberry juice. The PEF procedure consists of introducing to the process an electric pulse and a pause consecutively for a given time. Nine different pulse/pause combinations were tested: 10s/2s, 1s/0.1s, 10s/0.1s, 6s/2s, 10s/1s, 2s/2s, 1s/1s, 6s/0.1s, 6s/1s. The deacidification of cranberry juice was about 15% faster with PEFs for 1s/1s and 2s/2s conditions in comparison with deacidification with DC and other pulse-pause combinations. In these two conditions, the migration of citric and malic acids was faster, thus producing a more important rate of deacidification. To preserve the authenticity of the juice, the quinic acid must be conserved, which is the case in this study since the quinic acid did not migrated significantly in every conditions. Also, the PACs, anthocyanins and total polyphenols were preserved whatever the PEF conditions. It’s the first time that the efficiency of applying PEF for deacidification of juice was demonstrated. EDBM under PEF would be a green and sustainable alternative process to deacidify fruit juice and to preserve its organoleptic and physicochemical characteristics.

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.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Titre de l'écran-titre (visionné le 23 octobre 2023) / Le norovirus humain (HuNoV) et le virus de l'hépatite A (VHA) ont été détectés plusieurs fois dans les petits fruits, tandis que le HuNoV, le VHA et le virus de l'hépatite E (VHE) ont été associés à des épisodes de contamination des huîtres et des moules dans les dernières années. Ces virus sont principalement transmis par la voie féco-orale, mais le VHE peut également être transmis par voie zoonotique. Le HuNoV et le VHA peuvent contaminer les aliments via l'eau, notamment lors de l'irrigation avec de l'eau contaminée ou en cas de déversement dans les zones de production. De plus, le VHE peut être transmis aux aliments par les fèces d'animaux contaminés. Cependant, les connaissances sur la contamination des aliments cultivés au Québec par ces virus sont limitées. Le but de ce projet était d'évaluer la contamination des canneberges par le HuNoV et le VHA ainsi que celle des huîtres par le HuNoV, le VHA et le VHE, entre deux zones de production. Pour ce faire, 234 échantillons de canneberges ont été récoltés chez 44 producteurs québécois et 260 huîtres ont été prélevées près de la côte, et 260 huîtres au large de la côte des Îles-de-la-Madeleine, chaque échantillon étant représenté par 10 huîtres. L'ARN viral a été détecté et quantifié par détection moléculaire, en respectant la méthodologie de la méthode ISO 15216-1 : 2017. Parmi les 234 échantillons de canneberges testés, seulement trois étaient positifs au HuNoV GI (1,28 %). Aucun des 52 échantillons d'huîtres n'a été considéré comme positif pour le HuNoV, le VHA ou le VHE. Ces résultats suggèrent que le risque de contamination par des canneberges et des huîtres cultivées au Québec est faible et que la contamination des huîtres près de la côte n'est pas significativement différente de celle des huîtres au large de la côte. / Human norovirus (HuNoV), hepatitis A virus (HAV) and hepatitis E virus (HEV) have been the cause of many global epidemics, such as those caused by HuNoV and HAV in berries or even HuNoV, HAV and HEV in shellfish in recent years. These viruses are primarily transmitted through the fecal-oral route, although HEV can also be transmitted through zoonotic routes. HuNoV and HAV can contaminate food through water, especially during irrigation with contaminated water when spilled in production areas. In addition, HEV can be transmitted to food through contaminated water but also when in contact with contaminated animal feces. However, limited information is available on the contamination of food grown in Quebec by these foodborne viruses. The objective of this project was to evaluate the levels of HuNoV and HAV contamination in cranberries, as well as levels of HuNoV, HAV and HEV contamination in oysters, between two production areas. For this purpose, 234 cranberry samples were collected from 44 Quebec producers. As for molluscs, 260 oysters were obtained near the coast and 260 oysters were collected offshore of Magdalen Islands, each sample consisting of 10 oysters. The presence of viral RNA was detected and quantified using molecular detection methods in accordance with ISO 15216-1:2017. Among the 234 cranberry samples tested, only three were positive for HuNoV GI (1.28%). None of the 52 oyster samples were found to be positive for HuNoV, HAV or HEV. These findings suggest that the risk of contamination of cranberries and oysters cultivated in Quebec is low, and that there is no significant difference in contamination between oysters near the coast and those offshore in this project.