Une porosité hiérarchisée au sein de mousses solides permet la combinaison des avantages offerts par différentes échelles de structuration : les macropores offrent un grand volume poreux et une diffusion facilitée des réactifs, tandis que mésopores et micropores permettent confinement et grande surface spécifique. La chimie intégrative, en associant la matière molle et la chimie douce, dispose d’une variété de voies de synthèse pour obtenir de tels matériaux. Nous avons ainsi utilisé des émulsions et des tensioactifs comme empreintes pour la chimie sol-gel afin d’obtenir des mousses de silice présentant une porosité hiérarchisée. Elles ont ensuite été employées comme empreintes dures pour synthétiser des mousses de carbone, utilisées comme électrodes de batteries lithium-soufre présentant de grandes capacités. Nous avons ensuite étudié l’effet sur leurs performances de nanoparticules métalliques. Ces mousses ont également été testées pour le stockage de l’hydrogène, et nous avons montré un cyclage avec LiBH4 en présence de nanoparticules métalliques. Enfin, les mousses de silices ont été étudiées en tant que support pour la croissance bactérienne. En effet, lorsque des bactéries croissent dans un milieu confiné, leur cinétique de croissance et leur concentration finale peuvent être totalement différentes de ce qui est observé dans des cultures classiques, ce qui a un grand intérêt dans des domaines comme la biocatalyse. / Hierarchical porosity in solid foams allows the combination of the advantages offered by the different scales of structuration : macropores allow high porous volume and easy diffusion of reagents, while mesopores and micropores allow confinement and high specific surface areas. Integrative chemistry, associating soft matter and soft chemistry, offers a variety of synthetic pathways to generate such materials. We used emulsions and surfactants to template sol-gel chemistry in order to obtain silica foams bearing hierarchical porosity. These silica foams were employed as hard templates to synthesize carbon foams, used as electrodes in lithium-sulfur batteries bearing high capacities. We then explored the impact on performances of loading them with metallic nanoparticles. We also studied the potential of those carbon foams for hydrogen storage, and we obtained cycling capabilities with LiBH4 after loading them with metallic nanoparticles. Finally, the silica foams were used as a support for bacterial growth. Indeed, when bacteria grow in a confined medium, the kinetics of growth and their final concentration can be totally different than what is observed in classical cultures, which is of high interest for applications such as biocatalysis.

Le suivi de la viabilitié, la croissance et le métabolisme cellulaire des bactéries peut contribuer de manière significative au diagnostic précoce de la maladie, mais peut aussi aider à améliorer le rendement des produits bactériens dans des expériences industrielle ou à petite echelle. Les méthodes conventionnelles utilisées pour l'étude de la sensibilité des bactéries aux antibiotiques sont basées principalement sur la culture, une technique qui prend au moins 12 heures pour rendre un résultat. Ce retard conduit au surtraitement d'un large éventail d'infections par des antibiotiques à large spectre, ce qui est coûteux et peut conduire à l'apparition de résistance à ces antibiotiques précieux, tandis que la détection rapide d'une infection virale ou l'absence de bactéries pourrait prévenir de tels traitements et, dans le cas d'une infection bactérienne, l'identification de la sensibilité aux antibiotiques pourrait permettre l'utilisation d'antibiotiques à spectre étroit. Le projet décrit dans le présent document vise à surveiller les activités biologiques des bactéries vivantes immobilisées sur les surfaces biofonctionnalisées de microstructures composées de semi-conducteurs quantiques (QS). Le procédé dépend de la sensibilité de la photoluminescence (PL) émise par des semi-conducteurs à la perturbation du champ électrique induit par la charge électrique des bactéries immobilisées sur la surface de ces structures. Dans la première phase du projet, nous avons étudié une méthode innovante impliquant la surveillance par PL de l'effet de photocorrosion dans des hétérostructures GaAs/AlGaAs. Le maintien d'un équilibre entre la sensibilité et la stabilité du biocapteur dans l'environnement aqueux nous a permis de détecter Escherichia coli K12 dans des solutions salines tamponnées au phosphate (PBS) avec une limite de détection attrayante de 103 UFC/ml en moins de 2 heures. Suite à cette recherche, nous avons émis l'hypothèse que ces hétérostructures pourraient être utilisés pour développer une méthode à faible coût et quasiment en temps reel de la croissance et de la sensibilité des bactéries aux antibiotiques. L'un des éléments clés dans le développement de cette plate-forme de biocapteurs était de démontrer que le GaAs (001), normalement utilisé pour recouvrir les hétérostructures de GaAs/AlGaAs, ne nuira pas à la croissance des bactéries. Dans la deuxième phase du projet, nous avons exploré la capture et la croissance de E. coli K12 sur des surfaces nues et biofonctionnalisées de GaAs (001). Il a été déterminé que la couverture initiale et les taux de croissance de bactéries dépendent de l'architecture de biofonctionnalisation utilisée pour capturer les bactéries: les surfaces biofonctionnalisées avec d'anticorps présentaient une efficacité de capture significativement plus élevée. En outre, on a trouvé que pour des suspensions contenant des bactéries à moins de 105 UFC/ml, la surface des plaquettes de GaAs ne supportait pas la croissance des bactéries, quel que soit le type d'architecture de biofonctionnalisation. Dans la troisième phase du projet, nous avons suivi la croissance et la sensibilité aux antibiotiques de E. coli K12 et E. coli HB101. Tandis que la présence de bactéries retardaient d’apparition du maximum de PL, la croissance des bactéries retardaient encore plus ce maximum. Par contre, en presence d’antibiotiques efficaces, la croissance des bactéries était arrêtée et le maximum de PL est arrivé plus tôt. Ainsi, nous avons pu distinguer entre des E. coli sensibles ou résistantes à la pénicilline ou à la ciprofloxacine en moins de 3h. En raison de la petite taille, du faible coût et de la réponse rapide du biocapteur, l'approche proposée a le potentiel d'être appliquée dans les laboratoires de diagnostic clinique pour le suivi rapide de la sensibilité des bactéries aux antibiotiques. / Abstract : Monitoring the viability, growth and cellular metabolism of bacteria can contribute significantly to the early diagnosis of disease, but can also help improve yield of bacterial products in industrial- or small-scale experiments. Conventional methods applied for investigation of antibiotic sensitivity of bacteria are mostly culture-based techniques that are time-consuming and take at least 12 h to reveal results. This delay leads to overtreatment of a wide range of infections with broad spectrum antibiotics which is costly and may lead to the development of resistance to these precious antibiotics, whereas rapid detection of a viral infection or absence of bacteria could prevent such treatments and, in the case of bacterial infection, identification of antibiotic susceptibility could allow use of narrow spectrum antibiotics. The project outlined in this document aims at monitoring biological activities of live bacteria immobilized on biofunctionalized surfaces of quantum semiconductor (QS) microstructures. The method takes advantage of the sensitivity of photoluminescence (PL) emitting semiconductors to the perturbation of the electric field induced by the electric charge of bacteria immobilized on the surface of these structures. Our hypothesis was that bacteria growing on the surface of biofunctionalized QS biochips would modify their PL in a different, and measurable way in comparison with inactivated bacteria. In the first phase of the project, we investigated an innovative method involving PL monitoring of the photocorrosion effect in GaAs/AlGaAs heterostructures. Maintaining the balance between device sensitivity and stability in the biosensing (aqueous) environment allowed us to detect Escherichia coli K12 in phosphate buffered saline solutions (PBS) at an attractive limit of detection of 103 CFU/mL in less than 2 hours. Following this research, we hypothesised that these heterostructures could be employed to develop a method for inexpensive and quasi-real time monitoring of the growth and antibiotic susceptibility of bacteria. One of the key elements in the development of this biosensing platform was to demonstrate that GaAs (001), normally used for capping PL emitting GaAs/AlGaAs heterostructures, would not inhibit the growth of bacteria. In the second phase of the project, we explored the capture and growth of E. coli K12 on bare and biofunctionalized surfaces of GaAs (001). It has been determined that the initial coverage, and the subsequent bacterial growth rates are dependent on the biofunctionalization architecture used to capture bacteria, with antibody biofunctionalized surfaces exhibiting significantly higher capture efficiencies. Moreover, for suspensions containing bacteria at less than 105 CFU/mL, it has been found that the surface of GaAs wafers could not support the growth of bacteria, regardless of the type of biofunctionalization architecture. In the third phase of the project, we used PL to monitor the growth and antibiotic susceptibility of E. coli K12 and E. coli HB101 bacteria. While immobilization of bacteria on the surface of GaAs/AlGaAs heterostructures retards the PL monitored photocorrosion, growth of these bacteria further amplifies this effect. By comparing the photocorrosion rate of QS wafers exposed to bacterial solutions with and without antibiotics, the sensitivity of bacteria to the specific antibiotic could be determined in less than 3 hours. Due to the small size, low cost and rapid response of the biosensor, the proposed approach has the potential of being applied in clinical diagnostic laboratories for quick monitoring of antibiotic susceptibility of different bacteria.

No description available.

La litière de fumier recyclé (LFR) est utilisée dans les fermes laitières québécoises depuis quelques années, et ce, malgré le manque de connaissances scientifiques quant aux risques reliés à l’utilisation de ce produit pour la santé des animaux. Le premier objectif de cette thèse était de décrire les méthodes de production de LFR dans un contexte québécois et les pratiques de régie associées. Le deuxième objectif du projet consistait à déterminer le potentiel de recroissance de certaines espèces bactériennes dans la LFR lorsqu’elle est contaminée. Par la suite, le niveau de propreté et la prévalence de lésions aux jarrets chez les vaches laitières exposées ou non à ce produit ont été estimés. Finalement, l’association entre l’utilisation de LFR et l’incidence de mammite sous-clinique et clinique a été évaluée. Des études observationnelles cohorte ou transversale (selon l’objectif de recherche) ont été réalisées en 2018-2019 sur 27 fermes utilisant de la LFR et 61 fermes utilisant de la litière de paille, à titre comparatif. Les visites de fermes ont permis de constater que les méthodes utilisées pour produire de la LFR n’étaient pas standardisées et qu’elles ne permettaient pas un réel compostage de la fraction solide du fumier. Les essais de recroissance ont permis de démontrer que les différentes LFR (traitée en tas, contenant fermé ou cuve rotative) ne réagissaient pas de la même façon à une inoculation par des coliformes. La LFR de cuve rotative contenait une plus faible concentration initiale de Klebsiella spp. et a montré une croissance bactérienne significative dans les premières 24 h post-inoculation. Les LFR conditionnées dans des tas ou contenants avaient quant à elles une concentration initiale importante de Klebsiella spp. et n’ont pas démontré de croissance bactérienne significative suivant leur inoculation, ce qui suggère un effet de saturation de croissance bactérienne. Au cours de l’étude transversale, 30 vaches par troupeau, en moyenne, ont été notées à l’aide d’un score de propreté sur trois zones du corps ainsi que d’un score sur l’état des jarrets, afin d’estimer leur propreté et la présence de lésions aux jarrets. Le score de propreté attribué à chaque zone du corps des vaches allait de 1 à 4, 1 étant très propre et 4 très sale. Nous avons observé que les vaches logées sur LFR avaient, en général, une meilleure propreté du pis et du bas des pattes que celles logées sur paille. La LFR avait un effet protecteur pour le risque d’avoir un score de propreté du pis ≥ 3 (rapport de cotes (RC) : 0,43) ou d’avoir un score de 4 (RC : 0,29). Les vaches logées sur LFR avaient aussi le bas des membres plus propres que celles logées sur paille avec de plus faibles cotes d’avoir un score ≥ 2 (RC : 0,45), un score ≥ 3 (RC : 0,16) ou un score de 4 (RC : 0,07). Cependant, nous n’avons pas trouvé de différence entre les deux groupes d’animaux au niveau de la propreté du flanc et du haut des pattes. Lors de leur évaluation pour la propreté, les vaches ont aussi été notées à l’aide d’un score de lésions aux jarrets allant de 0 à 3. Un score de 0 représentait un jarret parfaitement sain alors qu’un score de 3 était attribué à un jarret présentant une enflure de plus de 2,5 cm. Les deux jarrets étaient évalués et le jarret ayant reçu le score le plus élevé était inclus dans les analyses. Nous n’avons pas identifié de différence quant aux scores de jarret entre les deux groupes d’animaux. Afin d’évaluer la santé de la glande mammaire, une étude cohorte d’une durée d’un an a été mise en place à partir de la visite de la ferme. Les dynamiques de comptages de cellules somatiques ont été suivies sur 11 031 vaches durant cette période afin d’analyser l’incidence de mammite sous-clinique. Nous n’avons pas été en mesure de détecter une différence d’incidence entre les deux groupes d’animaux. Au cours de l’étude cohorte, les producteurs laitiers ont identifié et fait parvenir au laboratoire 1 144 échantillons de lait provenant de vaches atteintes de mammites cliniques. L’incidence totale de mammite clinique n’était pas plus élevée dans les fermes LFR qu’au sein des fermes paille. Cependant, lorsque nous avons analysé l’incidence de mammite clinique par agent pathogène spécifique, nous avons pu constater que les vaches logées sur LFR étaient 7,0 fois plus à risque d’expérimenter une mammite clinique causée par Klebsiella pneumoniae que celles du groupe comparatif. / Recycled manure solids (RMS) bedding has been used on Quebec dairy farms for a number of years, despite the lack of scientific knowledge about the health risks associated with the use of this product for animals. The first objective of this thesis was to describe the RMS production methods in a Quebec context and the associated management practices. The second objective of the project was to determine the potential for regrowth of certain bacterial species in the RMS when it is contaminated. Subsequently, the level of cleanliness and prevalence of hock lesions in dairy cows exposed or not to this product were estimated. Finally, the association between RMS use and the incidence of subclinical and clinical mastitis was evaluated. Observational cohort or cross-sectional studies (depending on the research objective) were conducted in 2018-2019 on 27 farms using RMS and 61 farms using straw bedding for comparison. The farm visits highlighted that the methods used to produce RMS were not standardized and did not allow for true composting of the manure solid fraction. The regrowth trials showed that different RMS (treated in heap, closed container or rotating drum) did not react in the same way to coliform inoculation. The rotating drum RMS contained a lower initial concentration of Klebsiella spp. and experienced significant bacterial growth in the first 24 hours post-inoculation. The heap or closed container RMS had a high initial concentration of Klebsiella spp. and did not show significant bacterial growth following inoculation, suggesting a saturation effect on bacterial growth. In the cross-sectional study, an average of 30 cows were measured using a cleanliness score on three body areas as well as a hock lesion score to estimate their cleanliness and the presence of hock lesions. The cleanliness score assigned to each area of the cows' body ranged from 1 to 4, with 1 being very clean and 4 being very dirty. We found that cows housed on RMS generally had better udder and lower leg cleanliness than those housed on straw. Recycled manure solids bedding had a protective effect for the risk of having an udder cleanliness score ≥ 3 (odds ratio (OR): 0,43) or having a score of 4 (OR: 0,29). Cows housed on RMS also had cleaner lower legs than those housed on straw with lower odds of having a score ≥ 2 (OR: 0,45), a score ≥ 3 (OR: 0,16) or a score of 4 (OR: 0,07). However, we found no difference between the two groups of animals in flank and upper leg cleanliness. When they were evaluated for cleanliness, cows were also measured using a hock lesion score ranging from 0 to 3. A score of 0 represented a perfectly healthy hock, while a score of 3 was assigned to a hock with swelling greater than 2.5 cm. Both hocks were scored and the hock with the higher score was included in the analyses. We did not identify any difference regarding hock lesions between the two groups of animals. To assess mammary gland health, a one-year cohort study was set up from the farm visit. Somatic cell count dynamics were followed on 11 031 cows during this period to analyze the incidence of subclinical mastitis. We were not able to detect a difference in incidence between the two groups of animals. During the cohort study, dairy farmers identified and sent to the laboratory 1 144 milk samples from cows with clinical mastitis. The total incidence of clinical mastitis was not higher on RMS farms than on straw farms. However, when we analyzed the incidence of clinical mastitis by specific pathogen, we found that cows housed on RMS were 7.0 times more likely to experience clinical mastitis caused by Klebsiella pneumoniae than those in the comparison group.