Recent trends in emerging and re-emerging human infectious disease indicate that zoonotic diseases are on the rise (e.g., SARS, Swine Flu, Bird flu, Ebola, and Lyme disease), creating large economic and social costs. The increasingly dominant role that humans are playing in changing the environment is thought to be a leading cause for this increasing emergence. In this dissertation, I investigated the effects of landscape level changes on a specific host parasite system: red colobus (Procolobus rufomitratus) and gastrointestinal nematode parasites within Kibale National Park, Uganda landscape. I first quantified the variation in forest recovery in the region and their effects on the resident primate community. Next, I explored the link between forest structure and red colobus movement patterns by 1) developing a new measure of habitat use (STBBD), quantifying the predilection of an animal to revisit habitat patches, and 2) testing between several hypotheses to explain red colobus movement patterns. Finally, I developed a spatially-explicit epidemiological model using the insights developed in forest structure and red colobus movement patterns. This model was used to assess the disease-related consequences of habitat fragmentation, quantifying the relative effects of the extent of habitat and its spatial configuration. My epidemiological model illustrate that by taking advantage of advances in spatial data analysis it is possible to expand the range of questions that can be addressed, developing a more spatially explicit understanding of infectious disease. I also argue that by including specific landscapes and host behaviours, these approaches increase the relevance of the results for disease management, allowing managers and researches to take a more proactive role and assess the effects of planned or predicted landscape changes on host-parasite dynamics. / Les tendances récentes dans les maladies infectieuses humaines émergentes et réémergentes indiquent que les maladies zoonotiques sont à la hausse (par exemple, le SRAS, la grippe porcine, la grippe aviaire, le virus Ebola et la maladie de Lyme), générant d'importants coûts économiques et sociaux. Le rôle de plus en plus dominant que les humains jouent dans la transformation de l'environnement est considéré comme une des principales causes de cette émergence. Dans cette thèse, j'ai étudié les effets des changements au niveau du paysage sur un système hôte-parasite spécifique : le colobe roux (Procolobus rufomitratus) et les nématodes gastro-intestinaux dans le parc national de Kibale, en Ouganda. J'ai d'abord quantifié la variation de la reconstitution de la forêt dans la région et leurs effets sur la communauté des primates. Par la suite, j'ai exploré le lien entre la structure de la forêt et les habitudes de déplacement des colobes roux par 1) l'élaboration d'une nouvelle mesure de l' utilisation de l'habitat (ST-BBD), la quantification de la prédilection d'un animal de revisiter des parcelles d'habitat, et 2 ) des tests avec plusieurs hypothèses afin d'expliquer les habitudes de déplacement des colobes roux. Enfin, j'ai développé un modèle épidémiologique spatialement explicite en utilisant les idées développées dans la structure de la forêt et l'utilisation du territoire des colobes roux. Ce modèle a été utilisé pour évaluer les conséquences des maladies liées à la perte d'habitat, en quantifiant les effets relatifs de la fragmentation et de l'ampleur de la perte. Mes modèles épidémiologiques montrent que, en prenant avantage de l'amélioration des techniques d'analyse spatiale, il est possible d'élargir l'éventail de questions qui peuvent être abordées, en développant une compréhension plus spatialement explicite des maladies infectieuses. Je soutiens également que, en sélectionnant spécifiquement des paysages et des comportements de l'hôte, ces approches augmentent la pertinence des résultats à la gestion de la maladie, permettant aux gestionnaires et aux chercheurs de jouer un rôle plus proactif et d'évaluer les effets des changements prévus ou planifiés du paysage sur la dynamique hôte-parasite.

Drought is a silent and pervasive phenomenon, it creeps up over weeks, months, and even years often without any warning, affecting ecosystems and human activity on a global scale. Globally droughts are one of the most devastating natural hazards in terms of the people affected and inflicting directly or indirectly economies, societies and ecosystems. As any natural hazard, the degree of exposure and the ability of systems to be resilient are directly related with the vulnerability of communities. Agricultural drought represents a great threat to poor farmers in semi-arid regions developing regions. For farmers who depend on rainfed agricultural production for self-sufficiency a drought can result in great suffering.As such there is a need to understand how droughts disturb the landscape in such regions. Satellite observations of the Earth have the potential to provide insights on vegetation conditions, crop yield and furthermore to monitor the impact of droughts. The relationship between spectral properties of vegetation and their biomass has been recognized since the first spectrometric field experiments in the 1970s. Satellite remote sensing provides a synoptic view of the land and a spatial context for measuring drought impacts which have proved to be a valuable source of spatially continuous data with improved information on monitoring vegetation dynamics. This thesis had the objective of proposing a new methodology to monitor the development of different vegetation covers in the presence of detected abnormally dry conditions and to compare this with vegetation development in periods with normal precipitation with a particular interest on rainfed agricultural lands. The analysis of the impacts of droughts on vegetation was performed with the use of remote sensing techniques. An original protocol for performing Land Use Land Cover (LULC) classification that combines climatic, topographic and reflectance information from 18 Landsat ETM+ images was applied to subsequently distinguish drought effects in different classes through the selected years. The achieved LULC classification produced overall classification accuracies ranging from 87.88% to 92.42%. Spectral indices for vegetation and soil/vegetation moisture were then used to detect anomalies in vegetation development caused by drought and furthermore, the area of water bodies was measured and compared to detect changes in water availability for irrigated crops. The proposed methodology was tested in Central Mexico to determine which growing season period could be used to detect the evolution of a drought (in this case the year 2005) and which could be applied to other semiarid regions. / La sécheresse est un phénomène silencieux et omniprésent , il glisse au fil des semaines , des mois , voire des années souvent sans aucun avertissement , affectant les écosystèmes et les activités humaines à l'échelle mondiale . Sécheresses à l'échelle mondiale sont l'une des catastrophes naturelles les plus dévastatrices en termes de personnes touchées et infliger directement ou indirectement économies, les sociétés et les écosystèmes . Comme toute catastrophe naturelle , le degré d'exposition et la capacité des systèmes de résilience sont directement liés à la vulnérabilité des communautés . La sécheresse agricole représente une grande menace pour les agriculteurs pauvres dans les régions en développement des régions semi-arides . Pour les agriculteurs qui dépendent de la production agricole pluviale pour l'autosuffisance une sécheresse peuvent entraîner de grandes suffering.As comme il est nécessaire de comprendre comment la sécheresse perturbent le paysage dans ces régions. Les observations satellitaires de la Terre ont le potentiel de fournir des indications sur les conditions de végétation, le rendement des cultures et, en outre de surveiller l'impact des sécheresses . La relation entre les propriétés spectrales de la végétation et la biomasse a été reconnue depuis les premières expériences sur le terrain spectrométriques dans les années 1970 . La télédétection par satellite offre une vue synoptique de la terre et un contexte spatial pour mesurer les impacts de la sécheresse qui se sont révélés être une source précieuse de données spatialement continues avec une meilleure information sur le suivi de la dynamique de la végétation . Cette thèse avait pour objectif de proposer une nouvelle méthodologie pour suivre l'évolution des différents couverts végétaux en présence d' détectés conditions anormalement sèches et de la comparer avec le développement de la végétation dans les périodes avec des précipitations normales avec un intérêt particulier sur les terres agricoles pluviales . L'analyse des impacts de la sécheresse sur la végétation a été réalisée avec l'utilisation des techniques de télédétection . Un protocole original pour effectuer l'utilisation des terres de la couverture terrestre (OUS ) classification qui combine des informations climatiques, topographiques et de réflexion de 18 ETM + Landsat images ont été appliqués à distinguer la suite des effets de la sécheresse dans les différentes classes dans les années sélectionnées . La classification LULC atteint produite précision de la classification globale allant de 87,88 % à 92,42 % . Indices spectraux pour la végétation et le sol / humidité de la végétation ont été ensuite utilisés pour détecter des anomalies dans le développement de la végétation causée par la sécheresse et, en outre , la région des masses d'eau a été mesurée et comparée à détecter les changements dans la disponibilité en eau pour les cultures irriguées . La méthodologie proposée a été testée dans le centre du Mexique pour déterminer la période à laquelle la saison de croissance pourrait être utilisé pour détecter l'évolution de la sécheresse ( dans ce cas, l'année 2005) et qui pourrait être appliqué à d'autres régions semi-arides .

The presence of contaminants of emerging concern (CECs) in environmental waters has received increasing attention over the last decade due to potential impacts on both aquatic organisms and human health. Several classes of contaminants have been added to the list of CECs being investigated, including drugs of abuse (DOAs) which are the focus of the present thesis. Target DOAs included cocaine and its active metabolite, benzoylecgonine (BE), several amphetamine drugs, as well as illicit opioid drugs or prescription opioids that are often abused. To date, the data available on the occurrence and removal of these compounds is limited compared to other CECs, especially in drinking water. Therefore, this PhD thesis includes a detailed investigation into their occurrence in three matrices: wastewater, surface and drinking water, as well as their removal during wastewater and drinking water treatment estimated using conventional and novel sampling strategies. In order to determine the extent of contamination of wastewater, surface water and drinking water by DOAs, a sampling campaign was carried out to demonstrate the link between discharges of drugs of abuse in wastewater and contamination of surface water and drinking water. Sample analysis demonstrated that 18 of 20 target compounds were identified in at least one matrix. Results indicated that the levels of some target compounds did not decrease in surface water, indicating that these compounds may be persistent in the environment. Negative removal efficiencies of the target compounds during treatment at the DWTP were calculated for several compounds. Efficient removal of DOAs from wastewater is key to reducing the potential for impacts of these compounds to aquatic organisms and human health. However, it is difficult to assess removals of DOAs from wastewater because of the influence of hydraulic retention time (HRT) on measurements of untreated and treated wastewater. A novel method was applied for the first time to calculate removals of DOAs by taking into account the HRT distribution of the plant. The time-shifted mass balancing approach used to calculate DOA removals successfully corrected negative removals and demonstrates the importance associated with the pursuit of improving sampling campaign strategies and methods to better assess the fate of CECs in engineered systems. Since DOAs and other CECs are not completely removed during wastewater treatment and the potential negative effects on aquatic organisms and humans are largely unknown, tertiary treatment technologies are being considered, such as ozonation. For most classes of CECs, their fate during ozone treatment and their potential oxidation transformation products (OTPs) have not been fully explored, and specifically, transformations of DOAs have not been investigated before. Therefore, this project included the first evaluation of the potential of ozone to remove these contaminants. This study showed removals of up to 50%, depending on the complexity of the matrix, and the identification of OTPs generated from methylenedioxymethamphetamine (MDMA), cocaine and oxycodone using high-resolution mass spectrometry (HRMS). The presence and persistence of most of the investigated DOAs in surface water and a source of drinking water raise concerns for both aquatic organisms and human health. In addition, the identification of persistent OTPs underlines the need to explore the fate of CECs when emerging treatment technologies, such as ozonation, are applied, since their formation may have a significant effect on the toxicity of the treated water. Finally, the low removals measured throughout the wastewater treatment processes for some of these compounds demonstrate the importance of improving treatment methods to mitigate the impact of CECs on the environment and public health. / La présence de contaminants émergents dans les eaux environnementales reçoit une attention croissante depuis la dernière décennie en raison des impacts potentiels sur les écosystèmes aquatiques et la santé humaine. Plusieurs classes de contaminants ont été ajoutées à la liste des contaminants d'intérêt émergent, y compris les drogues qui font l'objet de la présente thèse. Les drogues considérées dans cette thèse sont la cocaïne et le benzoylecgonine, plusieurs amphétamines et opioïdes. Cette thèse fournit une première étude de la présence de ces composés dans trois matrices: les eaux usées et de surfaces et l'eau potable ainsi que de leur enlèvement au cours de traitement en usine d'épuration des eaux usées et de traitement de l'eau potable, et ce, en utilisant des stratégies d'échantillonnage conventionnelles et innovatrices. Afin de déterminer l'ampleur de la contamination des eaux usées, de surface et de l'eau potable par ces drogues, une campagne d'échantillonnage a été élaborée afin de démontrer le lien entre le relâchement des ces drogues via les eaux usées traitées et la contamination des eaux de surface et de l'eau potable. L'analyse des échantillons démontre que 18 des 20 composés ciblés étaient présents dans au moins l'une des matrices. Les résultats indiquent également que la concentration de certains composés n'a pas diminuée dans l'eau de surface, indiquant que ces composés sont généralement persistants dans l'environnement. Les résultats indiquent plusieurs valeurs négatives pour le taux d'enlèvement de certains composés. L'élimination efficace des drogues dans les eaux usées est essentielle pour réduire le risque d'impact sur les écosystèmes aquatiques et la santé humaine. Cependant, il est difficile d'évaluer le devenir de ces drogues en cours de traitement des eaux usées en raison de l'influence des temps de rétention hydraulique sur les concentrations mesurées à l'entrée et la sortie des unités de traitement. Une approche de calcul d'enlèvement basée sur des calculs de bilans de masse intégrant un décalage temporel, a permis le calcul de taux plus fiables et l'élimination des taux d'enlèvement négatifs. Ces résultats démontrent l'importance de poursuivre la mise en place de stratégies et des méthodes améliorées pour l'échantillonnage et le calcul d'enlèvement afin de mieux évaluer le devenir des contaminants d'intérêt émergent dans les systèmes d'ingénierie des eaux.Étant donné que les drogues ne sont pas complètement éliminées lors du traitement des eaux usées et considérant que les effets négatifs potentiels sur les organismes aquatiques et les humains sont en grande partie inconnus, les technologies de traitement tertiaire, comme l'ozonation, sont étudiées comme solution potentielle. Cette thèse consiste en la première évaluation du potentiel de l'ozone pour éliminer ces drogues. Les résultats obtenus démontrent des taux d'enlèvement jusqu'à 50%, selon la complexité de la matrice, et ont permis l'identification de produits de transformation du méthylènedioxyméthamphétamine (MDMA), de la cocaïne et de l'oxycodone en utilisant la spectrométrie de masse à haute résolution.La présence et la persistance de la plupart des drogues étudiées, autant dans l'eau de surface que dans l'eau potable, soulèvent des préoccupations relativement à l'impact potentiel sur les organismes aquatiques et la santé humaine. De plus, l'identification de produits de transformation persistants souligne la nécessité d'étudier le devenir des contaminants émergents, particulièrement lorsque des technologies émergentes, telles que l'ozonation, sont considérées. L'implantation de ces technologies doit se faire en considérant l'effet potentiel sur la toxicité de l'eau traitée. Enfin, les faibles taux d'enlèvement des drogues observés en cours de traitement démontrent l'importance d'améliorer les méthodes de traitement afin de réduire l'impact des contaminants d'intérêt émergent sur les écosystèmes et la santé humaine.

Subsurface injection of nano scale zero valent iron (NZVI) particles is an emerging technology for in situ remediation of the sites contaminated by toxic contaminants such as chlorinated organic dense non aqueous phase liquids (DNAPLs) and heavy metals. One of the key challenges in applying NZVI particles for remediation at the field scale is that NZVI particles are not readily transported in subsurface porous media. The overall objective of this research is to address this challenge by conducting a number of column experiments and 2-D pilot scale tank experiments as well as by exploring the deposition mechanics of metal nanoparticles theoretically. Although numerous studies have focused the stability and transport of polymer/polyelectrolyte coated NZVI particles, the comparison of the effect of the same type of polyelectrolyte stabilizer with different molecular weight on the stability and transport of the corresponding coated NZVI particles has not been systematically conducted to date. Varying molecular weights of homologous polyelectrolytes can cause changes in viscosity and rheology in free solution, and alter the extent of colloidal stability when coated on the nanoparticles. Furthermore, most of the studies on NZVI particle transport have been conducted in the vertically placed columns, which are not representative with the actual flow orientation in field, leading to a potential difference of transport performance of NZVI particles between the commonly used vertical flow orientation and the horizontal flow model. In addition, the scale-up effects (from laboratory-scale column to pilot-scale or field-scale demonstrations) on NZVI transport are reported. In this study, a thorough investigation on NZVI transport is conducted in a 2-D pilot-scale tank to shed some light on the transport performance of NZVI particles under conditions that are more close to actual circumstances. Finally, to calculate the deposition rate coefficient of metal nanoparticles during transport, a considerable number of studies on NZVI particles transport employed equations for predicting the single collector contact efficiency that are developed on the basis of the numerical calculations for common colloidal particles such as latex particles, which have smaller densities than those of metal particles. Taking the horizontal flow mode and the density effects for metal nanoparticles into consideration, a new methodology is developed in three dimensions (3-D) to more precisely predict the single collector efficiency of NZVI particles.In the first study, the influence of the molecular weight of the polyelectrolyte grafted on NZVI particle on its stability and transport was investigated. Three carboxymethyl celluloses (CMC) with different molecular weights (90,000 Da, 250,000 Da and 700,000 Da) were used to stabilize NZVI particles. The comparison of the results revealed that the stability and transport of NZVI particles were improved significantly by CMC with high molecular weight, due to its high viscosity property. In the second study, the effects of gravity on NZVI particle during its transport were extensively assessed in vertical and horizontal placed columns under different conditions (mean sand diameters and NZVI concentrations). The results indicated that the gravity forces significantly reduced NZVI particles transport in coarse sand and at high NZVI concentration in horizontally placed columns. To thoroughly study the impact of horizontal orientation flow on the transport of NZVI particles at a larger scale, a series of transport experiments were conducted in a pilot-scale 2-D tank. Furthermore, to address the challenges met in predicting the single collector efficiency in horizontal orientation flow mode, a methodology based on trajectory analysis of particles around a Happel sphere-in-cell model for porous media in 3-D was developed. / L'injection souterraine des nanoparticules de fer à zéro valence (NZVI) est une technologie émergente pour l'assainissement in situ des sites contaminés par des polluants toxiques comme les solvants chlorés et les métaux lourds. L'un des principaux défis dans l'application des particules de NZVI à des fins de rémédiation est que les particules de NZVI ne sont pas facilement transportées dans des milieux poreux souterrains. L'objectif général de cette recherche est de relever ce défi en réalisant un certain nombre d'expériences en colonnes et en 2-D sur desbassins à l'échelle pilote ainsi que par l'analyse de la mécanique de dépôt de nanoparticules métalliques en théorie. Bien que de nombreuses études ont porté sur la stabilité et le transport de nanoparticules de fer (NZVI) revêtues de polymère / poly-électrolyte, la comparaison de l'effet du même type de stabilisant en polyélectrolyte ayant des poids moléculaires différents, sur la stabilité et le transport des particules de NZVI enrobées n'ont pas été effectués systématiquement à ce jour. Des poids moléculaires variables des polyélectrolytes homologues peuvent provoquer des variations de viscosité en solution libre et dans l'étendue de la stabilisation colloïdale électrostérique de NZVI en s'attachant sur la surface des nanoparticules. Des études antérieures sur le transport des particules NZVI ont été menées dans les colonnes placées verticalement, qui souvent ne sont pas représentatifs de l'orientation de l'écoulement réel sur le champ, ce qui conduit à une différence de potentiel de performance du transport de particules NZVI entre l'orientation de l'écoulement vertical couramment utilisé et le modèle à flux horizontal. Outre, les effets à l'échelle grandissante (de la colonne à l'échelle de laboratoire, pilote ou des manifestations à l'échelle du champ) sur le transport de NZVI sont rapportés. Dans cette étude, une enquête approfondie sur le transport de NZVI est effectuée dans un réservoir en 2-D à l'échelle pilote afin de faire la lumière sur la performance du transport des particules de NZVI dans des conditions qui sont plus près de la situation réelle. Enfin, pour calculer le coefficient de vitesse de dépôt des nanoparticules de métal en cours de transport, un nombre considérable d'études sur les particules de NZVI ont été effectué en employant des équations de transport à fin de prédire le contact de rendement du capteur unique qui sont mis au point sur la base des calculs numériques pour les particules colloïdales communes moins denses tels que des particules de latex, qui ont des densités plus inferieures que celles des particules de métal. Prenant le mode d'écoulement horizontal et les effets de la densité de nanoparticules métalliques en considération, une nouvelle méthode est développée en trois dimensions (3-D) afin de prédire plus précisément l'efficacité du collecteur unique de particules NZVI .

About 10% of the 60 Petagram (Pg)-Carbon fixed annually through worldwide photosynthetic activity ends up in agricultural residues. Through a heat-induced chemical conversion process such residues can be converted to biochar, a form of carbon that can be employed as a soil amendment, thereby providing long-term storage of carbon in soil. In this application, it has the ability to both reduce GHG emissions and enhance soil structure, moisture and nutrient retention, thereby also addressing global food security issues by improving soil fertility and crop yields.Dealing with several aspects of carbon management and resulting mitigation of GHG emissions, the current project sought to maximize biochar yield from microwave-assisted pyrolysis of maple (Acer L.) wood biomass. Microwave-assisted heating processes are known to be faster and more energy-efficient, yielding higher quality products than conventional methods. Volumetric, spectral and thermodynamic analysis of biochar developed through microwave-assisted pyrolysis showed it to exhibit greater porosity, lower reflectance and greater exothermic energy, and therefore greater overall quality than conventionally-produced biochar. This study also showed this microwave-assisted process to be capable of both producing high quality char and synthesize value-added carbon products. A three-dimensional finite element numerical model developed to optimize the primary parameters was instrumental in optimizing microwave pyrolytic process parameters so as to maximize biochar yields. The influence of selective heating phenomena on pyrolysis conditions was an important factor maximizing biochar yields arising from microwave-assisted pyrolysis of biomass. The application of a doping agent (i.e., microwave receptor) such as char enhanced the severity of the pyrolysis process by better temperature distribution within the biomassBased on numerical models and simulation data, the design of a microwave-assisted pyrolysis reactor affording optimal performance in terms of biochar yields was experimentally validated in a custom-built lab-scale unit. Biochar yield decreased with increasing pyrolysis temperature and time while doping ratio had no significant effect on biochar yields. The maximum predicted yield occurred for an microwave-assisted pyrolysis process optimized at the pyrolysis temperature of 250°C, reaction time of 1 min and doping ratio of 16%.The biochar resulting from microwave-assisted pyrolysis was characterized through various physical and chemical analyses: hyper-spectral imaging, pycnometry, proximate analyses, Scanning Electron Microscopy, Fourier Transform Infrared Radiation and Differential Scanning Calorimetry. The biochar's structural development was directly influenced by the pyrolysis conditions of temperature, residence time and doping ratio.In light of GHG emission balances and the economic feasibility of biochar production, a life cycle analysis was important in estimating the benefits of biochar systems over a wide range of biomass, process and application scenarios. The life cycle analysis determined the sustainability — in terms of reducing the undesired effects of pyrolysis biochar systems — of the proposed process for different types of agricultural residues in Quebec, Canada. This would help farmers to assess the economic vs. environmental benefits of employing this technology to put the agricultural waste they generate to optimal use. The economic viability of the pyrolysis-biochar system was found to be largely dependent on the costs of feedstock production, pyrolysis, and the value of carbon offsets. Therefore, the conclusions drawn from such a life cycle analysis would represent a useful tool in assessing the potential of biochar systems worldwide. / Des 60 Petagram (Pg)-C par an fixés à l'échelle mondiale par l'activité photosynthétique, environ 10% demeurent dans les résidus agricoles. Un processus de transformation thermochimique permet de transformer ces résidus en biochar, une forme de carbone (C) dont l'utilisation comme amendement du sol, permet un entreposage du C à long terme, une réduction correspondante des émissions de gaz à effet de serre, ainsi qu'une amélioration de la structure, teneur en eau et rétention d'éléments nutritifs du sol. En améliorant la fertilité des sols et le rendement des cultures, ce procédé s'adresse donc aux enjeux de la sécurité alimentaire mondiale Le présent projet chercha à maximiser le rendement en biochar advenant d'une pyrolyse de biomasse de bois d'érable (Acer L.). Offrant des produits d'une qualité supérieur à celle des procédés conventionnels, le chauffage assisté par micro-ondes est parmi les procédés les plus rapides et écoénergétiques. Les analyses volumétriques, spectrales et thermodynamiques du biochar provenant d'une pyrolyse assistée par micro-ondes (PAM) démontrèrent sa plus grande porosité, son coefficient de réflexion moins élevé et sa plus grande énergie exothermique, et donc sa plus grande qualité globale par rapport au biochar d'origine conventionnelle. La PAM a produit un biochar de haute qualité tout en synthétisant des composés de carbone à valeur ajoutée. Une modélisation tridimensionnelle par éléments finis visant à optimiser les paramètres du procédé de PAM s'avéra clé à l'optimisation du rendement en biochar. L'influence de phénomènes d'échauffement sélectif sur les conditions de pyrolyse s'avéra un facteur important dans l'optimisation du rendement en biochar produit par PAM de biomasse. L'ajout d'un agent dopant (i.e., matériel récepteur des micro-ondes) tel que du biochar, a réduit la sévérité du procédé de PAM en permettant une meilleure distribution de la température à travers la biomasse.Grâce à des modélisations numériques et des données de simulation, la conception d'un réacteur pyrolytique assisté par micro-ondes, permettant d'obtenir une performance optimale quant au rendement de biochar, fut validée expérimentalement dans un appareil bâti sur mesure à l'échelle du laboratoire. Face à une augmentation de la température de pyrolyse, le rendement en biochar diminua, mais la fraction d'agent de dopage n'eut aucun effet significatif sur celui-ci. Le rendement maximum prévu pour le procédé de PAM fut obtenu avec une température de pyrolyse de 250°C, un temps de réaction de 1 min, et une fraction d'agent de dopage de 16%.Diverses analyses physiques et chimiques de biochar provenant d'une PAM servirent à sa caractérisation: imagerie hyperspectrale, pycnométrie, analyses immédiates, microscopie à balayage électronique, spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier, analyse calorimétrique différentielle. La structure du biochar fut influencée par les conditions de pyrolyse (e.g., température, temps de séjour, coefficient de dopage).Une analyse du cycle de vie s'avéra importante à l'évaluation des avantages des systèmes de biochar pour une variété de biomasses, procédés de pyrolyse et taux d'amendement. Cette analyse évalua, pour différents résidus agricoles du Québec, le caractère durable du procédé proposé, particulièrement vis-à-vis la réduction des effets néfastes de la production de biochar par pyrolyse. Cette analyse permettra aux agriculteurs d'évaluer les avantages économiques vs. environnementaux de cette technologie pour la mise en valeur optimale des résidus agricoles. La viabilité économique du système de production de biochar par PAM se trouva principalement liée aux coûts de production des matières premières, de pyrolyse, et de la valeur des crédits d'émission de carbone. Les conclusions d'une telle analyse représentent donc un outil d'une grande valeur dans l'évaluation du potentiel du biochar à l'échelle mondiale.

Madagascar - Ambatovy region, AMBATOVY Project - Sherritt International. The Ambatovy Project, a mine for nickel and cobalt ore located in the centre of the country, required the construction of a slurry pipeline to transport the ore 220 km to be processed on the east coast. The pipeline and its maintenance road traverses primary forests, the sensitive Torotorofotsy Wetlands and include 172 stream crossings in sensitive laterite soils. The restoration and rehabilitation of the cut and fill geotechnical works and stream crossings is important technical works within the environmental portfolio and for project cost reductions.The surface water erosion of the soil and the associated stream sedimentation are studied. These processes are classified based on the characteristics of the vegetation/land use, the slopes and the type of laterite soil. Three representative sites are chosen for a detailed study using field observations and field measurements (TSS in streams). These results are compared to numerical modeling results using RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation model) for surface erosion within GeoWEPP (Geo-spatial interface for Water Erosion Prediction Project), a USGS (US Geological Survey) –LESAM (Landscape-based Environmental System Analysis & Modeling) model which conducts continuous and process-based simulations of small watersheds, for soil erosion and sedimentation.At the three selected sites, the use of GeoWEPP as a tool to explore possible mitigation measures using geotechnical engineering methods combined with revegetation is investigated and discussed. The results of these studies will be used to suggest measures to mitigate environmental impacts associated with the pipeline construction for the Ambatovy Project. / Madagascar – région d'Ambatovy, Projet AMBATOVY - Sherritt International. Le Projet Ambatovy, une mine de nickel et cobalt située au centre de l'ile, a requiert la construction d'un pipeline de pulpe pour pouvoir transporter le minerai sur 220kms, pour pouvoir être acheminé et transformé sur la côte Est. Le pipeline et son réseau routier de maintenance traverse des forêts primaires, la sensible région du marais de Torotorofotsy et incluant 172 cours d'eau sensibles reposant sur le sol latéritique. La restauration et la réhabilitation des tranchées de remblai et déblai grâce aux travaux géotechniques sont d'importants travaux techniques pour les cours d'eaux notamment au niveau de l'impact environnemental et jouant sur la réduction des couts du projet. Le phénomène de l'érosion de surface au niveau des cours d'eau et la sédimentation des rivières y associée ont été étudiés. Les processus sont classés sur base des caractéristiques de la végétation, de la pente et du type de sol latéritique. Trois sites représentatifs sont choisis aux fins d'une étude détaillée avec usage des données et observations de terrain (MES dans les rivières). Ces résultats sont par la suite comparés aux résultats avec usage des modèles numériques utilisant RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation model) pour l'érosion de surface dans GeoWEPP (Geo-spatial interface for Water Erosion Prediction Project), un modèle provenant de USGS (US Geological Survey) –LESAM (Landscape-based Environmental System Analysis & Modeling) qui conduit notamment des simulations en mode continu et sous base de processus pour les petits bassins versants, concernant l'érosion et la sédimentation.Au niveau de ces trois sites sélectionnés, l'utilisation de GeoWEPP comme utile de prédiction et de « design » des mesures de mitigation possibles par usage de solutions d'ingénierie géotechnique combinée à la re-végétalisation ont pu être étudiés et comparés. Les résultats de ces études pourront être utilisés en tant que suggestion de mesures de mitigation des impacts environnementaux relatifs à la construction du pipeline du Projet Ambatovy.

The identification of excreted-secreted (ES) proteins of filarial nematodes as potential diagnostic reagents is an important requirement for the development of methods to determine level of infection in the host, especially for human filariae. Dirofilaria immitis, the canine heartworm, is a widespread and important veterinary pathogen and is a useful model for filarial parasites of humans. An analysis of proteins released from adult D. immitis (the secretome) in culture is available. We sought to identify D. immitis ES proteins found in vivo to validate the in vitro secretome and to investigate them as potential diagnostic reagents. Cultures of D. immitis adults obtained from infected dogs were maintained for 72 hr with daily changes of media. Proteins were concentrated from spent media by standard methods and were passed through Protein-A columns containing purified IgG antibodies from heartworm-infected dogs. Following extensive washing, heartworm proteins recognized by the antibodies were eluted from these columns and submitted for analysis by tandem mass-spectrometry (MS/MS). As a comparison, somatic proteins from adult D. immitis female parasites and microfilariae were also processed and analyzed by the same protocol. Six, nine and twelve proteins were identified by MS/MS in the ES, adult female, and microfilariae samples, respectively. The identification of the most abundantly secreted parasite proteins present in the serum of infected hosts offers a rational approach to the development of new diagnostic assays that may be applicable across the Filarioidea. / L'identification des protéines excrétées-sécrétées (ES) des nématodes filaires comme de potentiels réactifs à des fins diagnostiques est un prérequis important pour le développement de méthodes visant à déterminer le niveau d'infection chez l'hôte, particulièrement dans le cas de filaires humains. Dirofilaria immitis, le ver du cœur canin, est un important pathogène vétérinaire répandu et est un modèle utile pour étudier les filaires parasitaires chez les humains. Une analyse des protéines sécrétées par des D. immitis adultes (le sécrétome) en culture in vitro est disponible. Nous cherchions à identifier des protéines ES de D. imitis présentes in vivo pour valider le sécrétome in vitro et pour les considérer comme de potentiels réactifs à des fins diagnostiques. Des cultures de D. immitis adultes obtenues de chiens infectés furent maintenues pendant 72 heures en changeant le milieu de culture quotidiennement. Les protéines contenues dans le milieu usé furent concentrées par des méthodes conventionnelles et furent passées à travers des colonnes Protein-A contenant des anticorps IgG purifiés de chiens infectés avec des vers du cœur. Suivant un rinçage rigoureux, les protéines des vers reconnues par les anticorps furent éluées et soumises à une analyse par spectrométrie de masse en tandem (MS/MS). À titre comparatif, les protéines somatiques de parasites D. immitis adultes femelles et microfilaires furent soumises au même processus et analysées suivant un protocole identique. Six, neuf et douze protéines furent identifiées par MS/MS dans les échantillons d'ES, des adultes femelles et des microfilaires, respectivement. L'identification des protéines du parasite les plus abondamment sécrétées présentes dans le sérum des hôtes infectés représente une approche rationnelle au développement de nouveaux tests diagnostiques qui pourront être applicable aux Filarioidea en général.

The circumpolar boreal forest is an extensive carbon (C) reservoir, storing an estimated 88 petagrams (Pg) of C in vegetation biomass with an additional 471 PgC residing within the soil itself. In the North American boreal, fire disturbance acts as the main stand-renewing agent along an approximate 100-year return interval. However, recent studies suggest that fire intensity and severity are increasing, driven by disproportionate climate warming of the northern latitudes. In this study, we examine carbon dioxide (CO2), water vapour and energy exchange in a 7-year old, post-burn, jack pine stand located in the eastern James Bay region of the North American boreal; an area currently under-represented in fire studies. Over 1.5 years, covering two growing seasons and the spring and fall transitions, we measured net CO2 and energy exchange at the ecosystem level using an eddy covariance tower, and supplemented this with chamber measurements of soil respiration. The objectives of this study were to determine the environmental controls on the variability of the mass and energy fluxes. Net ecosystem exchange of CO2 (NEE) over the stand was typically small (-2.3 to 1 gC m-2 d-1), with respect to other young boreal stands, at times flipping between net uptake and release on a day-to-day basis. Annual cumulative NEE was determined to between +7 and -6 gC m-2 y-1, classifying it as approximately carbon-neutral. Cumulative ecosystem respiration and gross ecosystem productivity were smaller on an annual basis compared to other recently disturbed stands. The low productivity was associated with a lower vegetation abundance and LAI at the site due to very dry soil conditions. The increase in latent heat exchange (and decrease in sensible heat exchange) between growing seasons was determined to be primarily moisture-driven, with evaporation the dominant pathway. Little change in summertime albedo between years suggested that deciduous plant growth was not significant at the site. / La forêt boréale circumpolaire est un important réservoir de carbone (C) contenant 88 pétagrammes (Pg) de C dans la biomasse végétale et 471 PgC dans le sol lui-même. Dans les secteurs boréaux d'Amérique du Nord, les feux sont les principaux agents de renouvellement des forêts, avec un cycle d'environ 100 ans. De récentes études suggèrent que la sévérité et l'intensité des feux sont en hausse, due aux effets amplifiés des changements climatiques dans les latitudes élevées. La présente étude vise à documenter les échanges de dioxyde de carbone (CO2), de vapeur d'eau et d'énergie dans une forêt dominée par le pin gris (Pinus banksiana), brûlée il y a 7 ans. Le site d'étude est situé à l'est de la Baie James, dans la partie est de la forêt boréale nord-américaine. Cette région est sous représentée en terme d'études sur les impacts des feux de forêts. Durant une période de un an et demi, incluant deux saisons de croissance et les périodes de transitions d'automne et du printemps, nous avons mesuré les émissions nettes de CO2 et d'énergie à l'échelle de l'écosystème, en utilisant une tour de mesure de covariances des turbulences. Des mesures secondaires ont été prises en utilisant des chambres statiques afin de mesurer la respiration du sol. Les objectifs de cette recherche étaient de déterminer les contrôles environnementaux sur la variabilité des échanges de CO2 et d'énergie. Les valeurs d'échanges écosystémiques nets de CO¬2 (ÉÉN) étaient faibles (-2.3 à 1 gC m-2 d-1) comparativement aux valeurs observées dans d'autres jeunes forêts boréales, passant d'une source à un puit de CO2 sur une base journalière. L'ÉÉN cumulatif annuel était +7 et -6 gC m-2 y-1, indiquant que le site était presque neutre en terme d'échange de carbone. La respiration à l'échelle de l'écosystème et la productivité brute annuelles étaient plus basses que d'autres sites comparables qui ont été aussi récemment perturbés. Cette productivité basse a été associée avec une faible présence de végétation résultant des conditions de sol sèches. Le contenu en eau du sol a été identifié comme un facteur important de l'augmentation des échanges de chaleur latente (et la réduction des échanges de chaleur sensible) entre les saisons de croissance, l'évaporation constituant la voie principale d'échange. Le faible changement de l'albédo du site entre les deux étés indique que la croissance des feuillus est relativement faible sur le site à l'étude.

The lack of information about the interaction of metal mixtures in soils encouraged us to improve the knowledge on the toxicity of mixtures of copper (Cu), nickel (Ni), and zinc (Zn). Risk assessors estimate the concentration of trace metals that poses a threat to environmental and human health. But the effects of the metal mixture are not as well understood as individual metals. The overall goal of this thesis is to test the effects of Cu, Ni and Zn in single, binary, and tertiary combinations using barley (Hordeum vulgare). The first objective was to determine the effects concentrations resulting in 50% growth reduction (EC50) for each metal and three soils. This was achieved by conducting ecotoxicity assays where barley's root elongation was used as the endpoint. Four soil replicates were spiked with five increasing concentrations and the spiked soils and a control were leached after 24 h of equilibration. After a 14-day bioassay, plants were harvested and roots were washed and measured. These results were used to generate dose-response curves for each metal and each soil to determine EC50 values. Results showed that the EC50 values were a function of soil properties; St-Bernard soil was found to have the highest EC50 values for the three metals. The Zn EC50 values for the three soils were the highest of the three metals.A second experiment compared the interaction of Cu, Ni and Zn in binary and tertiary mixtures. The concentration additive model and the response additive models are used to predict the toxicity of these metal combinations. The hypothesis is that one of the models will show that the observed toxic response is as predicted, that is to say, additive. Fourteen-day bioassays were conducted where barley seedlings were exposed to spiked soils in the same way as for the dose-response curve experiment. In this experiment, eight different combinations, each with five replicates, were tested. Root elongation was selected as the endpoint and was used for calculating the difference between the observed and the predicted values of the CA and RA models. The CA model predicted antagonistic result for all the combinations tested for the three soils. The RA model predicted synergistic, antagonistic and additive toxic response. Both models proved to have strengths and weaknesses; the strength of the CA model was that it predicted safe metal concentrations for environmental health and the RA model predicted values that were closer to the observed toxic responses. The weakness of the CA model was that the difference between the observed and predicted values was greater than the difference predicted with the RA model; and with the RA model, the prediction resulted in synergistic response that could be detrimental to environmental health. / Le manque d'information au sujet de l'interaction entre les mélanges de métaux et les sols nous a encouragé d'étudier davantage la toxicité du cuivre (Cu), nickel (Ni) et zinc (Zn) lorsqu'ils sont utilisés en combinaisons binaires et tertiaires. Il est souvent nécessaire lors de l'évaluation de risque environnemental d'estimer la concentration des élément-traces constituant une menace potentielle à l'environnement ainsi que sur la santé des humains. Par contre, les effets des mélanges de métaux dans le sol ne sont pas bien connus comparés aux effets des métaux individuels. L'objectif de ce mémoire est de tester la toxicité sur l'orge (Hordeum vulgare) du Cu, Ni et Zn en combinaisons binaires et tertiaires. Le premier objectif était de déterminer la concentration effective résultant d'une réduction de croissance de 50% (EC50) pour chacun des métaux et trois sols étudiés. Cet objectif fut atteint en menant des expériences d'écotoxicité où l'élongation des racines de l'orge fut prise comme point de référence. Les sols furent amendés avec cinq concentrations croissantes de Cu, Ni, ou Zn (quatre réplicas). Ces sols ainsi que le contrôle ont été lessivés après 24 heures d'équilibration. Après des tests biologiques de 14 jours, les plantes ont été récoltées et leurs racines furent ensuite nettoyées et mesurées. Les résultats obtenus furent utilisés afin de générer une courbe dose-réponse pour chacun des métaux et sols. Par la suite, cette courbe nous a permis de déterminer les valeurs EC50. Les résultats montrent que les valeurs EC50 étaient une fonction des propriétés des sols. Des trois sols étudiés, St-Bernard fut le sol ayant les valeurs EC50 les plus élevées. Les valeurs EC50 du Zn pour les trois sols furent les plus élevées des trois métaux étudiés.Une deuxième expérience cherchait à comparer l'interaction du Cu, Ni et Zn dans des mélanges binaires et tertiaires. Afin de déterminer le niveau de toxicité des différentes combinaisons de métaux, deux modèles furent utilisés : le modèle de concentration additive (CA) et le modèle de réponse additive (RA). L'hypothèse suggère qu'un des modèles démontrera que la réponse toxique observée était additive. Comme dans l'expérience qui cherchait à déterminer les courbes de dose-réponse, des tests biologiques d'une durée des 14 jours furent menés où des pousses d'orge ont été exposées aux sols amendés de différentes combinaisons de Cu, Ni, et Zn. Au total huit combinaisons de métaux sont utilisés avec chacun 5 réplicas. L'élongation des racines fut choisie comme point de référence et utilisée pour calculer la différence entre les valeurs prédites et observées provenant des modèles CA et RA. Le modèle CA a prédit des résultats antagonistes pour toutes les combinaisons testées pour les trois sols. Le modèle RA a prédit des réponses toxiques synergiques, antagonistes et additives. Les deux modèles ont chacun leurs forces et faiblesses. La force du modèle CA est qu'il a prédit une concentration de métaux sécuritaire pour l'environnement tandis que la force du modèle RA est de prédire des valeurs plus proches des réponses toxiques observées. La faiblesse du modèle CA est que la différence entre les valeurs prédites et observées est plus élevée que la différence prédite avec le modèle RA. La faiblesse du modèle RA est que sa prédiction a résulté en une réponse synergique qui peut avoir des effets négatifs sur l'environnement.

The dissemination of antibiotic-resistant bacteria has been a great concern because of the risk it poses to our health. Although wastewater treatment plants (WWTPs) are designed to reduce the overall amount of microorganisms and contaminants present in wastewater, studies suggest that antibiotic-resistant bacteria escape the primary, secondary and tertiary treatment processes, due partially to the expression of genetic mechanisms of resistance to disinfectants. The first objective of this study was to investigate the overall environmental and intrinsic mechanisms of resistance expressed by Escherichia coli in WWTP effluents disinfected with peracetic acid (PAA) at low doses and high doses, and over different time intervals. The second objective of this study was to assess the impact of PAA on the antibiotic-resistance genetic profile of E. coli isolates that have been pre-screened for uropathogenic E.coli (UPEC) virulence. To complete the first objective, samples from a biofiltration WWTP effluent were exposed to a single PAA dose of 2 mg/L applied once for 1 hour, and intermittent-doses of 0.5 mg/L applied every 30 minutes for 2 hours, before and after filtration of the samples in the laboratory. The dose-response curves were plotted and compared for each experiment using Collins-Selleck's model. Filtration of the samples led to an overall reduction of resistance to the disinfectant in the single-dose and intermittent-doses experiments, probably because of the reduction of COD levels and elimination of particles that could have shielded the bacteria. There were no significant differences between the model parameters of the single-dose and intermittent-doses disinfection curves, hence no significant adaptive genetic mechanisms of resistance were identified. To complete the second objective, samples of biofiltration, activated sludge, and physicochemical effluent were disinfected with PAA. A molecular screening technique using PCR/ Bioplex was used to detect three of the main UPEC virulence genes (papC, cnf1, and hlyA) in E. coli isolates obtained before and after disinfection. A DNA microarray technique was used to detect the presence of 30 antibiotic-resistance genes in each positively screened isolate. The antibiotic-resistance gene frequency showed a significant decrease after disinfection. This disinfection was related to a reduction in isolates carrying resistance genes to multiple classes of antibiotics, while the isolates carrying resistance genes to a single class increased in frequency. These variations seemed to be correlated to the presence of a marker for the Tn21 transposon. This transposon is known in the literature to play a major role in the acquisition of multiple antibiotic-resistance. Thus, the loss of antibiotic-resistance after PAA disinfection could be related to SOS oxidative stress responses, which may cause the deletion of DNA fragments and mobile genetic elements carrying multiple antibiotic-resistance genes such as Tn21 transposons / La dissémination de bactéries résistantes aux antibiotiques pose un sérieux problème de santé publique. Des études suggèrent que les microorganismes présents dans les usines de traitement des eaux usées échappent aux traitements primaires, secondaires et tertiaires, due en partie à l'expression de gènes résistants aux désinfectants. Le premier objectif de cette étude fut d'investiguer les mécanismes globaux, environnementaux et intrinsèques de résistance exprimés par les Escherichia coli présents dans les effluents d'usines de traitement d'eaux usées, désinfectés avec de l'acide paracétique à petites et grandes doses, et sur des intervalles de temps différents. Le deuxième objectif de cette étude fut d'évaluer l'impact de l'acide paracétique sur le profil génétique de résistance aux antibiotiques des colonies d'E. coli qui furent isolées et testées positives pour la virulence UPEC. Pour compléter le premier objectif des échantillons de l'effluent provenant d'une usine de traitement des eaux usées utilisant un processus de biofiltration furent exposés à une dose unique d'acide paracétique de 2mg/L appliquée au début de l'expérience, et à des doses intermittentes de 0.5mg/L appliquées à 30 minutes d'intervalles pendant 2 heures, avant et après la filtration des échantillons en laboratoire. La filtration des échantillons mena à une réduction de la résistance au désinfectant dans les deux expériences, probablement à cause de la réduction des niveaux de DCO et l'élimination des particules pouvant protéger les bactéries. Aucune différence significative ne fut observée entre les paramètres du modèle calculés pour l'expérience à dose unique et à doses intermittentes et donc aucun mécanisme de résistance intrinsèque ne fut identifié. Pour compléter le deuxième objectif, des échantillons d'effluents provenant d'usines de traitement des eaux utilisant un processus de boues activées, de biofiltration et physicochimique furent désinfectés avec de l'acide paracétique. Une technique de dépistage moléculaire ACP/Bioplex fut utilisée afin de détecter 3 gènes de virulence UPEC (papC, cnf1 et hlyA) chez les colonies d'E. coli isolées avant et après la désinfection. Une puce à ADN fut utilisée pour détecter la présence de 30 gènes de résistance aux antibiotiques, pour chaque colonie d'E.coli qui fut isolée et testée positive pour la virulence UPEC. La fréquence des gènes résistant aux antibiotiques diminua de manière significative après la désinfection. La désinfection contribua à la réduction des E. coli possédant des gènes de résistance à plusieurs classes d'antibiotiques, tandis que la fréquence des E. coli possédant des gènes de résistance à une seule classe d'antibiotique augmenta. Ces variations semblent être liées à la présence du marqueur appartenant au transposon Tn21. Ce transposon joue un rôle majeur dans l'acquisition de résistances multiples aux antibiotiques. La diminution de la résistance aux antibiotiques après désinfection pourrait être liée à des réponses au stress oxydatif, pouvant mener à l'élimination de fragments d'ADN et d'éléments génétiques porteurs de résistances multiples aux antibiotiques comme les transposons Tn21.