Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le rêve de l'ingénierie tissulaire de créer des substituts biologiques pleinement fonctionnels à l'extérieur du corps est entravé par nos capacités à induire une vascularisation efficace. Les biomatériaux à base de collagène sont largement utilisés pour fournir un environnement biomimétique qui soutient la migration et la croissance des cellules endothéliales (CE). Cependant, des signaux supplémentaires sont nécessaires pour déclencher la formation de structures capillaires à partir des CE, qui sont considérées comme des précurseurs des vaisseaux sanguines pour la vascularisation. Les ions cuivre (Cu²⁺), régulateurs essentiels de l'angiogenèse physiologique, ont prouvé leur efficacité pour induire vascularisation in vitro et in vivo, mais ils doivent être libérés de manière contrôlée pour éviter tout effet cytotoxique. L'acide tannique (TA) est un composé polyphénolique avec deux rôles cruciaux dans le système collagène-Cu²⁺ : ils chélatent les Cu²⁺ et ils influencent positivement les propriétés physiques des biomatériaux à base de collagène vers les exigences précédemment établies pour les échafaudages angiogéniques. Par conséquent, l'objectif de ce travail est de développer un système de libération contrôlée des Cu²⁺ à base de collagène, basé sur la double capacité de complexation du TA. Le développement des Coll TA-Cu hydrogels, ainsi que leur caractérisation concernant la libération de Cu²⁺, les propriétés physiques de l'échafaudage et la validation biologique ont été effectués. Les résultats indiquent que le TA peut contrôler efficacement la libération de Cu²⁺ des gels Coll-TA-Cu, convenant à la fenêtre de concentration efficace de Cu²⁺ pour la stimulation des CE. De plus, l'TA améliore les propriétés mécaniques et la structure des hydrogels, répondant aux caractéristiques des matériaux angiogéniques précédemment décrits dans la littérature. Ensemble, nous développons une stratégie potentielle pour la stimulation des CE vers les processus angiogéniques et jetons les bases de futurs travaux dans cette perspective. / The tissue-engineering dream of creating fully functioning tissue substitutes outside the body is hindered by our abilities to induce efficient vascularization. Collagen-based biomaterials are widely used to provide with a biomimetic environment that support endothelial cell (EC) migration and growth. However, additional signals are required to trigger the formation of capillary structures from ECs, which are considered as precursors of vascularization vessels. Copper ions (Cu²⁺), being crucial regulators of physiological angiogenesis, have proven in vitro and in vivo effectiveness in inducing vascularization, when released in a controlled way. Tannic acid (TA) is a polyphenol compound with two crucial roles in the collagen-Cu²⁺ system: they chelate Cu²⁺ and they positively influence the physical properties of collagen-based biomaterials toward the requirements previously stablished for angiogenetic scaffolds. Therefore, the aim of this work was to develop a collagen-based Cu²⁺-controlled release system, based on the dual complexation ability of TA. The development of the Coll-TA-Cu hydrogels, as well as their characterization regarding Cu²⁺ release, physical properties of the scaffold and biological validation have been performed. Results indicate that TA can effectively control the release of Cu²⁺ from Coll-TA-Cu gels, suiting the window of effective Cu²⁺ concentration for ECs metabolic stimulation. Additionally, TA improves the mechanical properties and structure of the hydrogels, meeting the features of angiogenetic materials previously described in literature. Altogether, this research highlighted a potential strategy for ECs stimulation toward angiogenetic processes and set the basis for future work in this perspective.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Les micro-minéraux, y compris le zinc (Zn) et le cuivre (Cu) sont couramment ajoutés dans les aliments en raison de leurs rôles physiologiques divers et afin supporter la croissance des porcs. La digestion et l'absorption du Zn et du Cu dépendent toutefois de différents facteurs, dont leur concentration dans les aliments, la forme du supplément minéral ou la présence de composantes, comme les phytates ou les fibres. L'incorporation d'enzymes exogènes comme la phytase ou la xylanase, qui dégradent respectivement les phytates et les fibres peut donc agir sur la disponibilité des nutriments, dont le Zn et le Cu. Afin d'étudier le rôle des composantes nutritionnelles sur la digestibilité du Zn et du Cu, différentes approches expérimentales ont été utilisées dans cette thèse, dont l'approche méta-analytique et l'expérimentation animale. Dans un premier temps, l'approche méta-analytique a été utilisée pour quantifier l'impact de la supplémentation en Zn et Cu (forme et concentration) et de facteurs alimentaires sur le contenu apparent digestible en Zn et Cu. Les résultats ont montré que le contenu digestible en Zn et Cu dépend du niveau de supplémentation alimentaire en ces micro-minéraux, la forme (inorganique versus chélatée) ayant un effet limité sur la digestibilité du Zn et du Cu. Pour le Zn, la relation entre de le niveau de supplémentation et le contenu digestible a montré un maximum du contenu digestible avec un apport de 100-110 mg/kg. Pour le Cu, cette relation était linéaire suggérant une digestibilité constante se situant entre 39 et 45 %. La méta-analyse a également permis de quantifier l'effet antagoniste du Zn sur la digestibilité du Cu avec une baisse de 0,021 mg de Cu digestible/kg d'aliment par l'ajout de 1 mg/kg de Zn. Le contenu digestible en Zn est également influencé positivement par la supplémentation en phytase, confirmant que la dégradation des phytates affecte positivement la digestibilité du Zn. À la suite de la méta-analyse, un premier essai expérimental a été effectué visant à évaluer l'impact des différentes doses de Zn et de Cu sur la digestibilité des micro-minéraux et d'autres nutriments chez le porc en croissances. Les résultats de la méta-analyse montraient le manque de données sur les interactions spécifiques entre le Zn et le Cu à des concentrations alimentaires entre les concentrations « physiologiques » et les doses « élevées ». Les résultats obtenus ont montré que la digestibilité iléale apparente et la digestibilité totale apparente du Cu et du Zn augmentaient avec leur niveau alimentaire (Zn, 100 vs 500 mg/kg) (Cu, 40 vs 80 mg/kg). Contrairement aux résultats de la méta-analyse, la hausse de la concentration en Zn a augmenté la digestibilité du Cu suggérant que des mécanismes différents agissent à ces niveaux de Zn et Cu. Il a été également démontré que les niveaux de Cu et de Zn agissent sur les mécanismes de digestion d'autres nutriments, comme le Ca et le P, et la dégradabilité des fibres. Dans la suite de cet effet sur la fibre, un deuxième essai expérimental visait à évaluer l'effet d'un supplément composé d'une combinaison de xylanase et protéase et des concentrations alimentaires de Zn et de Cu sur leur digestibilité et celle d'autres nutriments. Les résultats ont montré que l'ajout de xylanases et de protéases dans les régimes alimentaires modifiait la digestibilité colique des nutriments tels que la fibre NDF, la matière sèche, la protéine brute et le Cu mais cet effet dépendait du niveau alimentaire de Zn et de Cu. En résumé, ce travail a permis de confirmer que les teneurs en Zn et Cu influençaient leur digestibilité mais que ces effets variaient selon les niveaux considérés suggérant que des mécanismes d'absorption différents seraient impliqués selon l'apport en micro-minéraux. Les enzymes, comme la phytase et les xylanase/protéase, ont un effet positif sur la digestibilité du Zn et du Cu montrant une interaction négative entre les phytates, les fibres et les micro-minéraux. Finalement, la teneur en Zn et Cu semble influencer la dégradation de la fibre, suggérant une possible altération du microbiote par les micro-minéraux. / Micro-minerals, including zinc (Zn) and copper (Cu), are commonly added to foods due to their various physiological roles in supporting pig growth. However, the digestion and absorption of Zn and Cu depend on factors such as their concentration in foods, the form of the mineral supplement, or the presence of components such as phytates or fibers. The incorporation of exogenous enzymes like phytase or xylanase, which respectively degrade phytates and fibers, can affect the availability of nutrients, including Zn and Cu. To study the role of nutritional components on the digestibility of Zn and Cu, different experimental approaches were used in this thesis, including meta-analytical and animal experimentation. First, the meta-analytical approach was used to quantify the impact of Zn and Cu supplementation (form and concentration) and dietary factors on the apparent digestible content of Zn and Cu. The results showed that the digestible content of Zn and Cu depends on the level of dietary supplementation with these micro-minerals, with the form (inorganic vs. chelated) having a limited effect on the digestibility of Zn and Cu. For Zn, the relationship between supplementation level and digestible content showed a maximum digestible content with an intake of 100-110 mg/kg. For Cu, this relationship was linear, suggesting a constant digestibility ranging between 39 and 45%. The meta-analysis also quantified the antagonistic effect of Zn on the digestibility of Cu, with a decrease of 0.021 mg of digestible Cu/kg of feed per addition of 1 mg/kg of Zn. The digestible content of Zn is also positively influenced by phytase supplementation, confirming that phytate degradation positively affects Zn digestibility. Following the meta-analysis, a first experimental trial was conducted to evaluate the impact of different doses of Zn and Cu on the digestibility of micro-minerals and other nutrients in growing pigs. The results of the meta-analysis showed a lack of data on specific interactions between Zn and Cu at dietary concentrations between "physiological" concentrations and "high" doses. The results obtained showed that the apparent ileal digestibility and total apparent digestibility of Cu and Zn increased with their dietary level (Zn, 100 vs. 500 mg/kg) (Cu, 40 vs. 80 mg/kg). Contrary to the results of the meta-analysis, the increase in Zn concentration increased Cu digestibility, suggesting that different mechanisms act at these levels of Zn and Cu. It was also demonstrated that the levels of Cu and Zn affect the digestion mechanisms of other nutrients, such as Ca and P, and fiber degradability. Following this effect on fiber, a second experimental trial aimed to evaluate the effect of a supplement composed of a combination of xylanase and protease and dietary concentrations of Zn and Cu on their digestibility and that of other nutrients. The results showed that the addition of xylanases and proteases in the diets modified the colonic digestibility of nutrients such as NDF fiber, dry matter, crude protein, and Cu, but this effect depended on the dietary level of Zn and Cu. In summary, this work confirmed that Zn and Cu levels influenced their digestibility but that these effects varied depending on the levels considered, suggesting that different absorption mechanisms would be involved depending on the intake of micro-minerals. Enzymes, such as phytase and xylanase/protease, have a positive effect on the digestibility of Zn and Cu, showing a negative interaction between phytates, fibers, and micro-minerals. Finally, the content of Zn and Cu seems to influence fiber degradation, suggesting a possible alteration of the microbiota by micro-minerals.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 janvier 2024) / Le gisement Upper Beaver (UB) est un système hydrothermal de Cu-Au situé dans la sous-province de l'Abitibi, au nord de la faille de Larder-Lake Cadillac. Le complexe intrusif Upper Beaver (UBIC) peut être décomposé en phases intrusives qui se succèdent et qui contiennent une abondance de magnétite primaire et secondaire. Cette abondance est associée à la minéralisation qui est riche en Cu-Au. Les contrôles structuraux complexes qui influencent la minéralisation peuvent souvent modifier la réponse géophysique mesurée en entraînant une différence de la signature pétrophysique pour des roches encaissantes qui ont pourtant des compositions minéralogiques similaires. En évaluant les propriétés électromagnétiques des roches (susceptibilité magnétique, résistivité/conductivité et polarisation provoquée), nous avons constaté qu'il est possible de différencier l'altération des unités géologiques sur la base des différences dans leur réponse pétrophysique. Ces différences sont imposées par des changements des roches par des processus tels que la formation de veines, la minéralisation et la formation de failles. Ces différences peuvent être grossièrement divisées en trois événements : (1) préminéralisation (2) minéralisation principale et (3) post-minéralisation. Dans ces travaux, nous démontrons que les valeurs de susceptibilité magnétique peuvent être utilisées pour différencier entre les veines qui sont issues de la préminéralisation, de la minéralisation principale et post-minéralisations. La susceptibilité varie en fonction de l'oxydation progressive du système, les phases préminéralisation et l'événement de minéralisation principale forment de la magnétite et nous y retrouvons des valeurs de susceptibilité magnétique supérieures à 100 x 10⁻³ SI. La formation de carbonates de quartz lors de l'événement de minéralisation principale influence légèrement l'abondance de magnétite et peut détruire une certaine portion de celle-ci. Les valeurs de susceptibilité magnétique pour ces unités sont alors contrôlées par la lithologie de l'hôte ou par l'altération dominante (qui se situent généralement entre 1 et 100 x 10⁻³ SI). La variation naturelle des valeurs de susceptibilité magnétique qui découlent de la combinaison de la formation de carbonate de quartz au sein de lithologies disparates rend cette phase difficile à identifier. Enfin, l'épisode stérile post-minéralisation est destructeur de magnétite avec des valeurs de susceptibilité magnétique inférieures à 1 x 10⁻³ SI. La résistivité électrique est fortement influencée par la géométrie des textures par rapport à la géométrie de l'instrument de mesure utilisé pour acquérir les données de forage. Nous montrons que l'épidote hydrothermale, la séricite et la minéralisation riche en Au-Cu ont un effet significatif sur la résistivité électrique à l'échelle du centimètre ou du mètre et que ces effets peuvent être déduits des résultats. Pour mieux illustrer les effets d'échelle de ces caractéristiques et, enfin de compte, la macro-texture de la masse rocheuse mesurée, nous avons introduit le rapport de résistivité N64/N8. À l'UB, la résistivité de la roche minéralisée devrait augmenter au fur et à mesure que les textures gagnent en importance. Les veines associées à la minéralisation sont dominées par le quartz, les carbonates et de l'ankérite qui sont tous des matériaux résistifs. L'altération antérieure à l'événement de minéralisation principale se situe dans une fourchette de N64/N8 entre 0,5 et 1,0. L'altération associée avec l'événement de la minéralisation principale peut être divisée en veines riches en Cu-Au et seulement riche en Au. Les veines riches en Cu-Au (qui sont dominées par l'épidote et l'altération du k-feldspath) se situent entre 1,0 et 2,5 tandis que les veines riches en Au (qui sont dominées par l'épidote, l'ankérite et l'altération de la séricite) se situent entre 2,5 et 3,5. L'altération post-minérale occupe des rapports allant de 0,5 à 1,0. Les brèches et les failles sont associées à des veines riches en carbonate et en Au et ont un effet important sur le rapport N64/N8. Nous avons également constaté que la minéralisation riche en Cu-Au à proximité de la zone de stock-work (un ensemble de veines et de brèches hydrothermales à proximité des intrusions felsiques centrales du gisement) présente un rapport de résistivité plus élevé que la minéralisation distale. Les fractures et les conditions de forage ont été étudiées. Nous avons conclu que celles-ci n'ont pas d'effets significatifs lorsqu'elles sont comparées aux effets des mécanismes d'altérations. Nous concluons que les textures qui sont souvent associées aux plus hautes teneurs de la minéralisation peuvent être séparées de la roche hôte en comparant les mesures obtenues à partir de différents espacements d'électrodes. La polarisation provoquée (IP) sert de pont entre la susceptibilité magnétique et la résistivit é, car elle est influencée par les mêmes processus géologiques (changements de grain et de texture). En raison de l'impact de l'échelle sur les caractéristiques texturales, le rapport IP IP641/IP161 a été créé. La signature IP entre les événements antérieurs, principaux et postérieurs à l'événement de minéralisation est restée relativement cohérente et n'était pas discernable par IP. La zone de stock-work contient cependant un halo de minéralisation de type skarn, qui a produit une anomalie IP notable. Des valeurs IP anormales ont également été observées aux contacts bréchifiés entre les unités I2Dm (syénite mafique) et V7 (basalte). Il s'agit probablement de magnétite aciculaire générée par le métasomatisme de contact dans ces régions, qui a été identifiée visuellement dans les forages de l'UB. Cependant, aucune microscopie n'a été réalisée sur les forages de cette étude et ne peut donc être confirmée. / The Upper Beaver Deposit (UB) is a Cu-Au hydrothermal system located within the Abitibi sub-province north of the main Larder-Lake Cadillac break. The Upper Beaver Intrusive Complex (UBIC) can be broken down into successive intrusive phases which contain abundant primary and secondary magnetite associated with Cu-Au rich mineralization. The complex structural controls on mineralization often influence the measured geophysical response, resulting in a difference in petrophysical signal for two mineralogically similar host rocks. Assessing the electrical and magnetic properties of the rocks (magnetic susceptibility, resistivity/ conductivity and induced polarization) we found that it is possible to differentiate between altered and unaltered geological units based on differences in their petrophysical response. These differences in petrophysical signature are caused by changes to the host rock from processes such as veining, mineralization, and faulting. These differences can be broadly split into three events: (1) pre-ore, (2) main ore, and (3) post ore events. In this work, we show that the magnitude of the magnetic susceptibility can be used to differentiate between rocks that have been variably altered by one of the three main geological events. The pre-ore dog's breakfast (DBF) event, the main-ore event rich in Cu-Au, the quartz-carbonate Au-only portion of the main ore and the post-ore barren event. The susceptibility varies with the gradual oxidization of the system. The pre-ore and main-ore events are magnetite forming and magnetic susceptibility values are above 100 x 10⁻³ SI. The main-ore quartz carbonate phase is magnetite neutral to slightly destructive and the magnetic susceptibility values of these units is controlled by the host lithology or dominant alteration (which are generally between 1 and 100 x 10⁻³ SI). It makes the quartz carbonate phase difficult to identify from the magnetic susceptibility data. The barren post ore event is magnetite destructive and magnetic susceptibility values fall below 1 x 10⁻³ SI. Resistivity is strongly influenced by the geometry of the textures relative to the geometry of the measurement instrument used to acquire the borehole data. We show that hydrothermal epidote, sericite, and mineralization have a significant effect on the electrical resistivity. The variations can be seen over scales that range from centimetres to a meter which can be inferred from data measured with different electrode spacing. To better illustrate the scale effects of these features and ultimately the macro texture of the rock mass measured, we have introduced the resistivity ratio N64/N8. The N64/N8 ratio compares the electrical resistivity measured at an electrode separation of 64 inches to the electrical resistivity measured with an electrode separation of 8 inches. In, this study it is used as a proxy to understand the scale of the electrical resistivity features encountered in the borehole. For a homogeneous rock mass, this ratio is 1. Ratios greater than 1 can either be caused by significant resistive veining, that is it has an effect n the numerator of the ratio, or by small conductive features that lowers the denominator. This approach allows to rapidly identify homogeneous portions of the rock mass and to highlight heterogeneous sections. At the UB, the resistivity of the mineralized rock is expected to increase as the scale of the textures increase. In this case, this occurs because the veins associated with mineralization are dominated by resistive quartz, carbonate and ankerite. Pre-ore alteration occupies a N64/N8 range between 0.5 - 1.0. Main ore-event alteration can be split between Cu-Au and Au rich veining. The Cu-Au rich veining (which is dominated by epidote and k-feldspar alteration) plots between 1.0 and 2.5 while the Au rich veining (which is dominated by epidote, ankerite and sericite alteration) plots between 2.5 and 3.5. The post-ore alteration occupies ratios that range from 0.5 to 1.0. Breccias and faults are associated with carbonate Au rich veins and are shown to have a compounding effect on the N64/N8 ratio. We also found that Cu-Au rich mineralization close to the stock-work zone (a collection of veins and hydrothermal breccias close to the central felsic intrusions within the deposit) sees an increased resistivity ratio when compared to distal mineralization. Fractures and hole conditions were investigated but did not have significant effects on the resistivity measurements in comparison to alteration. We conclude that textures which are often associated with the highest grades of mineralization can be separated from host rock by comparing electrical resistivity measurements acquired with different electrode spacing. Induced polarization (IP) is a physical property which is affected by both minor grain inclusions and textural alignment of grains. IP may therefore help to confirm some of the textrual effects noted on these two other methods. Due to the scale impact on textural features the IP ratio IP641/IP161 was created. Like the N64/N8 ratio, the IP ratio consists of the IP channels at the 16 inches and 64 spacing, with the following 1 denoting the first time window of recording. The IP signature measured on areas of the pre, main and post ore events remained relatively consistent and was not useful in discerning between them. The stock-work zone, however, contains a halo of skarn-like mineralization, which produced a noticeable IP anomaly, anomalous IP values were also observed on the brecciated contacts between I2Dm (mafic syenite) and V7 (Basalt) units. This is likely acicular magnetite generated from contact metasomatism in these regions, which has been visually identified in boreholes at the UB. However, no microscopy has been conducted on samples taken from the boreholes within this study and this supposition cannot be confirmed.

Les matériaux de friction les plus populaires pour les applications de plaquettes de frein d’éolienne sont les composites à matrice métallique à base de cuivre fabriqués par la méthode de métallurgie des poudres. D'une part, le cuivre a une bonne conductivité thermique et disperse adéquatement la chaleur générée lors du freinage. D'autre part, la métallurgie des poudres permet une addition facile de diverses poudres avec une distribution uniforme, tout en limitant la ségrégation et les réactions indésirables. Ces matériaux incorporent des renforts (additifs) dans diverses fractions volumiques pour contrôler le coefficient de frottement, la résistance à l'usure ainsi que les propriétés mécaniques. La simple sélection de renforts selon diverses proportions n’est pas suffisante pour obtenir les propriétés mécaniques et tribologiques souhaitées. les propriétés suivants des additifs ont des effets significatifs sur les caractéristiques mécaniques et tribologiques de ces matériaux: leur 1) dureté, 2) résistance, 3) réactivité de surface, 4) taille, 5) forme, 6) ténacité et la conductivité thermique ainsi que 7) leurs liaisons à la matrice et les propriétés de leur interface avec la matrice. Ce projet porte une attention particulière à la modification des liaisons entre les additifs et la matrice et au choix des additifs de bons taille, forme et type. Ce travail de recherche met en évidence le développement d'une large gamme de nouveaux matériaux de friction pour les plaquettes de frein qui peuvent être adaptés à différentes applications en fonction des propriétés tribologiques et mécaniques requises. La comparaison avec le matériau commercial existant est présentée en termes de coefficient de frottement (COF), de taux d'usure et de propriétés mécaniques. Les nouvelles formulations permettent de réduire le taux d'usure moyen d’environ 6 fois et d'augmenter le COF de 55% allant de 0,28 à 0,43. La charge de cisaillement maximale et la dureté Brinell peuvent augmenter respectivement jusqu’à 3,5 fois et 47%. / The most popular friction materials for brake pad applications are copper-based metal matrix composites fabricated with the powder metallurgy process. On the one hand, copper has good thermal conductivity and disperses heat generated during braking. On the other hand, powder metallurgy (PM) allows easy addition of various powder additives with even distribution and limits segregation and undesirable reactions. These materials incorporate reinforcements (additives) in various volume fractions in order to control the coefficient of friction, wear resistance, and mechanical properties. To achieve the desired mechanical and tribological properties, selection of additives with their respective proportion is not sufficient. Hardness, strength, surface reactivity, size, shape, toughness, and thermal conductivity of the additives, as well as their adhesion strength to the matrix and the properties of their interface with the matrix have significant effects on the mechanical and tribological characteristics of the friction materials. Particular focus is made on modifying the bonds between the additives and the matrix and choosing the additives with the right size, shape, and chemistry. This research highlights the development of a wide range of novel PM brake pad lining materials, which can be tailored to different applications depending on the required tribological and mechanical properties. A comparison with existing commercial material is presented in terms of the coefficient of friction, wear rate, and mechanical properties. The new formulations allow reduction of the average wear rate by 6 times and increase the COF by 55 % ranging from 0.28 to 0.43. In addition, the maximum shear load and Brinell apparent hardness can increase by 3.5 times and 47 %, respectively.

Dans ce projet nous avons étudié le phénomène photo-induit dans les couches minces de chalcogénures à base d’arsenic (As) dopé au cuivre (Cu). Les échantillons ont été préparés sous forme de couches minces par la méthode de co-évaporation. En raison du fait que les effets photo-induits dans les chalcogénures amorphes dépendent de l’énergie des photons, nous avons employé un laser argon pour irradier ces couches minces à une énergie en-dessous (1.5 eV), près (2.4 et 2.5 eV), et au-dessus (5 eV) de la bande interdite de ces derniers. D’autres variables d’exposition contrôlables telles que la densité de puissance et le temps d’exposition ont également été étudiées. Il est bien connu que l'un des changements photo-induits dans les matériaux de chalcogénures basés sur l’arsenic par exposition à une lumière proche de la bande interdite résulte en un déplacement de la bande interdite vers de plus grandes longueurs d’onde, c'est-à-dire un photodarkening (PD). Cependant l'observation de Liu [1] montre que la présence de 1% Cu dans le verre As₂S₃ supprime le PD, il reste un manque d'étude détaillée concernant l'influence de différentes conditions expérimentales sur la structure, et les propriétés optiques des verres à base d’arsenic dopés avec le cuivre. Dans le présent travail, nous avons étudié l’effet de l’addition du cuivre sur les phénomènes photo-induits dans le système Cux(As₂₀S₈₀)₁₀₀₋x. Les changements photo-induits tels sur les propriétés optiques et structurales des couches minces ont été étudiés après exposition des couches à différentes longueur d’onde et temps d`irradiation (0-90 min). La morphologie de la surface après exposition a été examinée au microscope électronique à balayage (SEM). Les compositions chimiques mesurées par analyse d'énergie dispersive (EDX) indiquent une augmentation des atomes d'oxygène dans la région exposée. Les mesures Raman des échantillons avant et après irradiation fournissent une preuve des changements structurels induits par la lumière: une diminution des unités pyramidales AsS₃/₂ et la formation de la liaison Cu-S. La formation d'arsénosulfure de cuivre (Cu₃AsS₄) et de As₂O₃ a également été confirmée lorsque la densité de puissance de l'exposition augmente. / The aim of this project is the study of the photo-induced phenomenon in arsenic-based chalcogenides thin film doped with copper. The arsenic based chalcogenide thin films were prepared by the co-evaporation method. Due to the fact that photo-induced effects in amorphous chalcogenides depend on the energy of the photons, we used an Argon laser to irradiate these thin films at an energy below (1.5 eV), near (2.4 and 2.5 eV), and above (5eV) of the band gap. Other controllable exposure variables such as power density and exposure time were also studied. This work was done in the laboratory of COPL (Center of Optics Photonics Laser) of the University Laval. It is well known that one of the photo-induced changes in As-based chalcogenide materials by exposure to near-bandgap light result in the red shift of the absorption edge i.e. photodarkening (PD). However since the observation of Liu [1] showing that the presence of 1% Cu in bulk As₂S₃, eliminates the PD, there remains a lack of detailed study concerning the influence of different experimental conditions on the structure, and optical properties of As-based glasses doped with copper. Accordingly, in the present work we have investigated the effect of copper on the photo-induced phenomena of chalcogenide glassy system Cux(As₂₀S₈₀)₁₀₀₋x. Photo-induced changes of the optical and structural properties of the films were studied after the films were exposed to different band-gap illuminations (5, 2.5, 2.4, 1.55 eV) and time exposure (0-90 min). The optical absorption edge measured for the Cu10-(As₂₀S₈₀)₉₀ thin films above and near the bandgap show that the red shift of the gap by above bandgap photon illumination is considerably higher (ΔEg=0.9 eV) than ΔEg induced by near bandgap illumination (ΔEg =0.14 eV). The morphology of the surface after exposure was examined using a scanning electron microscopy (SEM). The chemical compositions measured using energy dispersive spectroscopy (EDX) indicate an increase of the oxygen atoms into the exposed area. Raman spectra of the illuminated samples provide an evidence of the light-induced structural changes: a decrease in AsS₃/₂ pyramidal units and formation of Cu-S bond. The formation of copper arsenosulphide (Cu₃AsS₄) and As₂O₃ was also confirmed as the power density of exposure increases.

L'intérêt pour les verres fluorés n'a cessé de croître depuis leur découverte en 1974. De nombreux travaux ont traité des diverses matrices vitreuses à base de fluorures dans le but d'exposer au maximum leurs propriétés prometteuses. Néanmoins, bien peu d'études portent sur le comportement des métaux de transition dans ces verres mise à part à titre d'impuretés. C'est pourquoi ce projet propose d'être une étude comportementale du cuivre dans des matrices fluorozirconates et fluoroindates. À la vue de certains paramètres clés, les matrices fluorées devraient être de bonnes candidates pour la formation de nanoparticules de cuivre. Un verre contenant de telles espèces pourrait, entre autres, servir d'amplificateur de signaux lumineux grâce à la fluorescence émise par les terre-rares via un couplage plasmonique. À plus long terme, ce type de matériau composite vitreux pourrait devenir un outil efficace pour la détection du glucose. La formation de nanoparticules s'étant déjà observée pour les verres fluorozirconates, l'objectif principal du présent projet de maîtrise est de former des nanoparticules de cuivre dans un verre fluoroindate. La caractérisation des verres dopés au cuivre en proportions diverses n'a pas démontré de résultats probants allant dans le sens des objectifs. Ainsi, plusieurs hypothèses sont proposées pour mieux comprendre l'incapacité apparente des fluoroindates à précipiter le cuivre à l'échelle nanométrique.

La cathode est responsable d’environ 10 % de la chute de potentiel totale d’une cuve Hall- Héroult. Une partie significative de cette perte, sous forme d’effet Joule, provient d’un mauvais contact entre la couche de fonte et le bloc de carbone. De plus, une distribution non uniforme de la densité de courant à l’intérieur de la cuve engendre une érosion prématurée des extrémités des blocs cathodiques, limitant la durée de vie des cuves. Le présent projet vise à réduire la chute de potentiel ainsi qu’à uniformiser la densité de courant de l’assemblage cathodique par l’amélioration du contact entre la barre collectrice et le bloc de carbone. Il explore plus particulièrement l’utilisation de barres collectrices cylindriques comprenant des insertions de cuivre ne nécessitant aucune couche de fonte lors de l’opération de scellage. Différentes configurations de cathode sont explorées à l’aide d’un modèle numérique thermoélectromécanique dans le but d’en comprendre le comportement et d’évaluer leur impact sur la consommation énergétique et sur la durée de vie d’une cuve. Une analyse économique est également réalisée afin de mesurer la rentabilité des concepts. Celle-ci sert finalement à l’optimisation de la géométrie afin de maximiser les performances de nouveaux concepts. Les résultats indiquent que la chute de voltage peut être réduite et que la distribution de courant peut être uniformisée par l’amélioration de la qualité du contact entre le bloc de carbone et les barres collectrices. / The cathode, located at the bottom of a Hall-Héroult cell, is responsible for nearly 10 % of the total cell voltage drop. Poor contact between the carbon block and the cast-iron layer surrounding the collector bars increase energy losses in the form of Joule heating. In addition, a non-uniform current density distribution inside the cell results in premature erosion of the carbon block extremities, limiting the cell’s life expectancy. This project aims to reduce the voltage drop and to improve the current density uniformity in the cathode assembly by improving the contact between the collector bars and the carbon block. To do so, a new cathode design using cylindrical collector bars with copper inserts is investigated using finite element modeling. The thermal expansion during the cell start up is used to generate contact between the collector bars and the carbon block, thus not requiring any cast iron or sealing operations. Different geometry configurations are explored using a thermo-electro-mechanical model to understand its behavior and to determine their effect on energy consumption and cell life expectancy. An economic analysis is also performed to evaluate the cost effectiveness of those configurations. The geometry is finally optimized to maximize the new design’s performance. Results indicate that a significant voltage drop reduction and a more uniform current distribution can be achieved by improving the contact quality between the carbon block and the collector bars.

Les cathéters veineux centraux (CVC) sont largement utilisés pour administrer des chimiothérapies, des hémodialyses et d'autres traitements. Généralement fabriqués en polydiméthylsiloxane (PDMS), ces dispositifs médicaux présentent un risque intrinsèque d'infection en raison de la formation possible d'un biofilm, augmentant ainsi le risque de complications, également connues sous le nom d'infections sanguines associées aux cathéters centraux (CLABSI). Les revêtements polymères libérant des médicaments constituent une stratégie bien connue pour lutter contre la formation de biofilms. Toutefois, la stabilité du revêtement sur le substrat au fil du temps constitue un défi majeur. Par conséquent, ce travail vise à développer un revêtement à base de chitosane conçu pour avoir une adhérence et une stabilité maximales afin d'assurer une libération soutenue des médicaments et des propriétés antibactériennes au fil du temps. Un revêtement composé de chitosane (CS) comme vecteur de médicament, d'acide caféique (CA) et de sulfate de cuivre (Cu) comme réticulants, et de moxifloxacine (Mox) comme antibiotique, a été déposé par un processus de coulée et de revêtement par immersion sur une surface de PDMS fonctionnalisée. Un facteur crucial pour la stabilité du revêtement est l'environnement dans lequel il sera implanté. À notre connaissance, l'étude de la stabilité du revêtement sous écoulement (c'est-à-dire sous contrainte de cisaillement) et en présence d'un milieu pseudo-physiologique qui imite le plasma humain dans de telles conditions n'a pas encore été abordée dans la littérature. Les résultats ont montré que le chitosane sans la présence de réticulants (formulation de contrôle) n'est pas en mesure d'assurer une libération contrôlée et une activité antibactérienne prolongée contre *E. coli* et *S. aureus*. En revanche, la formulation optimisée a pu démontrer une activité antibactérienne pendant 21 jours, sans toxicité pour les fibroblastes dermiques humains, et a montré une plus grande force d'adhésion que la formulation de contrôle. En comparant la formulation de contrôle à la formulation optimisée, il est évident qu'en optimisant l'enrobage à base de chitosane, sa stabilité dans le temps a également été optimisée par rapport à la formulation de contrôle. Ces résultats encouragent donc l'application de la technologie développée ici pour produire des revêtements antibactériens à base de chitosane pour les CVC en PDMS afin de lutter contre les infections nosocomiales à répétition, ainsi qu'une méthode originale développée pour vérifier la stabilité des revêtements *in vitro*, reproduisant certaines des conditions soumis *in vivo*. / Central venous catheters (CVCs) are largely used to administer chemotherapy, hemodialysis, and other treatments. Mostly made of polydimethylsiloxane (PDMS), these medical devices present an intrinsic risk of infection due to the possible formation of biofilm, thus increasing the risk of complications, also known as Central line-associated bloodstream infection (CLABSI). Drug-releasing polymer coatings are a well-recognized strategy for combating biofilm formation. However, the coating's stability on the substrate throughout time is a major challenge. Therefore, this work aims to develop a chitosan-based coating designed to have maximum adhesion and stability to ensure sustained drug release and antibacterial properties over time. A coating composed of chitosan (CS) as a drug carrier, caffeic acid (CA) and copper sulphate (Cu) as crosslinkers, and moxifloxacin (Mox) as an antibiotic, was deposited through a casting and dip-coating process onto functionalized PDMS surface. A crucial factor for the stability of the coating is the environment in which it will be implanted. As far as we know, the study of coating stability under flow (i.e. shear stress) and in the presence of a pseudo-physiological medium that mimics human plasma under such conditions has not yet been addressed in the literature. The results showed that chitosan without the presence of crosslinkers (control formulation) is not able to provide controlled release and prolonged antibacterial activity against *E. coli* and *S. aureus*. On the other hand, the optimized formulation was able to demonstrate antibacterial activity for up to 21 days, without demonstrating toxicity to human dermal fibroblasts and showed greater adhesion strength than the control formulation. By comparing the control formulation with the optimized formulation, it was evident that the later had increased stability over time. Thus, these results encourage the application of the technology developed here to produce antibacterial coatings based on chitosan for CVCs made of PDMS to control CLABSI, as well as an original method developed for checking the stability of coatings *in vitro*, mimicking some of the conditions reported *in vivo*.

Le gène copH est l'un des 19 gènes constituant le cluster cop, impliqué dans la détoxication du cuivre dans le cytoplasme et le périplasme, chez Cupriavidus metallidurans CH34, souche modèle pour l'étude de la résistance aux métaux lourds chez les bactéries. La protéine CopH, localisée dans le périplasme, possède une structure et une fonction inconnues mais son expression est stimulée par la présence de cuivre. Nous avons analysé les propriétés de liaison CopH-Cu : les données montrent la présence d'un centre Cu(II) de type 2 dans un champ de ligands azotés. Les 2 seuls résidus histidine, a priori ligands du cuivre, n'interagiraient pas directement avec les ions Cu(II). Le site cuivre serait constitué d'atomes d'azote appartenant à la chaîne principale de la protéine.<br />L'étude des transporteurs CusA et CzcA a nécessité une purification optimisée en détergents et l'analyse de leur comportement en solution.