Ce travail visait à exploiter le potentiel des protéines de soya afin de concevoir et de développer des biomatériaux sous forme de biofilms aux propriétés physico-chimiques, et surtout biologiques, contrôlées. Pour ce faire, des films à base d'isolats de protéines de soya (IPS) ont été préparés à l'aide de plastifiant, le glycérol, et de différentes concentrations d'agent de réticulation, le formaldéhyde, afin d'obtenir un biomatériau favorable pour la culture de cellules cutanées (fibroblastes et kératinocytes) humaines. La toxicité des films a été testée en évaluant l'adhésion, la croissance, la prolifération et la formation d'une structure cutanée bien organisée. La biocompatibilité et l'immunogénicité des biofilms ont été étudiées grâce aux analyses de cytokines produites par les fibroblastes et les kératinocytes. Les diverses observations microscopiques ont démontré l'innocuité de tous les biofilms vis-à-vis des kératinocytes qui ont adhères. Ces biofilms n'ont aucun effet nocif sur la viabilité cellulaire. Il est intéressant de noter que ces cellules ont une prolifération croissante malgré l'augmentation de la concentration en réticulant. La prolifération des cellules cutanées est, cependant, réduite à fort pourcentage de formaldéhyde. En effet, celles-ci prolifèrent mieux sur les biofilms contenant 0 %, 1 % et 2 % de formaldéhyde comparativement à ceux contenant 3 % d'agent de réticulation. En conclusion, les biofilms à base de protéines de soya offrent un environnement favorable à l'adhésion et la croissance des kératinocytes. Les biofilms ayant le meilleur potentiel sont ceux contenant une concentration de 1 % de formaldéhyde.

L'urbanisation est en croissance et empiète sur les terres agricoles, il est donc impératif de trouver de nouvelles méthodes de production. Les toits verts, utilisés pour pratiquer l'agriculture urbaine, gagnent en popularité. Cependant, les substrats de culture pour les toitures végétalisées doivent respecter plusieurs critères et leur composition a un impact sur les végétaux. Dans une optique de développement durable et d'économie circulaire, l'objectif de ce projet était de développer des substrats de culture faits de matériaux recyclés pour la production horticole sur toitures. Les essais ont eu lieu sur le toit vert expérimental de l'Université Laval où des substrats à base de brique concassée, de verre cellulaire et de paillis minéralisé, avec ou sans perlite, avec une base de sable et de mousse de tourbe, ont été évalués et comparés aux substrats commerciaux pour les toitures végétalisées ou un substrat horticole. Le rendement de la laitue, tomate, basilic et mini pak-choï a été comparé et l'évolution des paramètres physiques, chimiques et biologiques des substrats a été caractérisée dans le temps. Globalement, les rendements des cultures sur substrats à base de briques et de verre cellulaire ont été comparables ou supérieurs à ceux du substrat commercial pour toiture, à l'exception de la laitue en 2023. La présence de perlite dans le mélange à base de brique n'a pas eu d'effets sur les rendements pour toutes les cultures. Le substrat à base de verre cellulaire utilisé seul a surpassé le substrat à base de verre cellulaire et perlite en 2022 pour la tomate, la laitue et le basilic. Les substrats composés de paillis minéralisés n'ont généralement pas bien performé, probablement dû à leur pH élevé qui a pu affecter la disponibilité des nutriments. Ainsi, l'intégration de matériaux recyclés comme la brique concassée et le verre cellulaire dans les substrats de culture horticole pour les toits semble être une option prometteuse, offrant une stabilité et une bonne porosité en air. Le verre a également l'avantage d'être léger et a tendance à garder le substrat plus frais. / Urbanization is expanding and encroaching on agricultural land, making it crucial to discover new production methods. Green roofs, which are becoming increasingly popular, serve as a means of practicing urban agriculture. However, the composition of roof growing media has a significant impact on plant growth and productivity, and they must meet several criteria. The objective of this project was to develop growing media made from recycled materials for horticultural production on rooftops. The experiment was conducted on the green roof at Université Laval using growing media made of crushed brick, foamed glass, and mineralized mulch, with or without perlite, compared with commercial rooftop and horticulture growing media. The study compared the yield of lettuce, tomato, basil, and tiny bok choy, and characterized the evolution of physical, chemical, and biological parameters of the growing media over time. Overall, the yields in growing media made from bricks and foamed glass were comparable or superior to those of the commercial roof growing media, except for lettuce in 2023. The presence of perlite in the brick-based mix had no effect on yield for all crops. The foamed glass growing medium used alone outperformed the foamed glass and perlite growing medium in 2022 for tomato, lettuce, and basil. Growing media made of mineralized mulch did not perform well, likely due to their high pH, which might have affected nutrient availability. Therefore, incorporating recycled materials like crushed brick and cellular glass into horticultural substrates for roofs seems to be a promising option. These materials offer stability, good air porosity, and foamed glass is also lightweight, keeping the growing media cooler.

Les lipides de la couche cornée, la partie externe de la peau, sont connus pour jouer un rôle très important au niveau de la perméabilité de celle-ci. Une modification des propriétés de perméabilité est observée lors de certaines maladies cutanées, dont le psoriasis. La première partie du projet consistait à la caractérisation physicochimique de substituts sains et psoriasiques produits par la méthode d'auto-assemblage. Nos résultats ont permis de montrer que les substituts psoriasiques lésionnels présentent une couche cornée plus désorganisée que les contrôles. Nous avons également posé l'hypothèse que les propriétés de la peau non-lésionnelle des patients pourraient varier selon la gravité de la pathologie. De plus, des systèmes lipidiques modèles de la couche cornée ont été étudiés pour tenter d'établir le mécanisme d'action de l'acide oléique qui facilite la pénétration de molécules à travers la peau. Nos résultats démontrent une déstabilisation des membranes par l'acide oléique.

La micropropagation est une technique efficace pour multiplier rapidement in vitro plusieurs espèces de végétaux. Cependant, les conditions de culture in vitro sont très différentes des conditions naturelles ce qui entraîne, lors du transfert ex vitro, la mortalité de plusieurs plantules. On sait que les conditions de culture in vitro et le saccharose exogène ont un effet majeur sur la photosynthèse et le succès lors de l'acclimatation. Dans cette thèse, nous avons étudié la réponse métabolique des plantules de tomate (Solanum lycopersicum) aux conditions de culture in vitro et à la présence de saccharose dans le milieu de culture. Dans un premier temps, nous avons observé que l'environnement in vitro, comparativement aux conditions ex vitro, entraîne la surexpression de gènes impliqués dans la photosynthèse et l'assimilation de l'azote, la sousexpression des gènes liés à la force des puits et l'induction d'une réponse de stress chez les plantules de tomates. Dans un deuxième temps, nous avons observé que le retrait du saccharose lors du transfert ex vitro stimule à court terme la biosynthèse de l'éthylène et initie une cascade signalétique causant une modification des propriétés de la paroi et une stimulation des gènes de défense. Dans un dernier temps, l'étude de l'impact à long terme du saccharose exogène sur le proteome des plantules à montrer un rôle central de ce facteur dans la régulation de la prolifération cellulaire, la photosynthèse et le mécanisme de défense contre les espèces réactives de l'oxygène. Globalement, la perturbation du métabolisme des espèces réactives de l'oxygène (ROS), de la paroi cellulaire, du système de défense, et du développement et de la division des cellules sont des réponses prédominantes chez les plantules en culture in vitro et lors de l'acclimatation. Ces données ont permis de mieux expliquer le phénotype des plantules in vitro et leur impact sur l'acclimatation devra inévitablement être mesuré dans le futur.

Au LOEX, un modèle de folliculogénèse a été caractérisé. Ce modèle consiste à incorporer des follicules pileux immatures de souris dans les peaux reconstruites par génie tissulaire. À l'aide des peaux reconstruites, nous avons comparé l'influence des cellules dermiques sur la différenciation des cellules souches des follicules pileux. La maturation in vitro des follicules pileux immatures sur les fibroblastes murins et humains a mené à l'apparition d'inclusions intradermiques. Cependant, les études de caractérisation ont révélé la présence de marqueurs de différenciation épidermique dans les kystes dérivants des follicules pileux immatures cultivés sur fibroblastes humains, contrairement à ceux cultivés sur fibroblastes murins. Ces derniers ont plutôt des caractéristiques histologiques qui ressemblent davantage aux cellules retrouvées au niveau de la gaine folliculaire externe du follicule pileux. Un dérèglement de la voie de signalisation Wnt pourrait expliquer ces phénomènes, puisque la p-caténine et le facteur Lef-l ne sont pas activés dans ces peaux reconstruites.

Les plants d'épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) de fortes dimensions cultivés au Québec présentent fréquemment un développement racinaire insuffi₁sant (taux de rejet -14 %). Deux dispositifs expérimentaux ont été installés en pépinière pour évaluer l'effet des propriétés physico-chimiques de douze différents substrats sur le développement, la nutrition minérale et la capacité photosynthétique des plants. Les meilleures croissances des racines et des parties aériennes ont été observées chez les substrats dont le coefficient de diffusivité relative des gaz variait entre 0,005 et 0,015 [formule, voir le PDF] et dont la masse volumique apparente sèche se situait entre 0,10 et 0,11 g/cm3 . De plus, des relations significatives ont été observées entre la croissance et le pH, la capacité d'échange cationique et la concentration en magnésium, laquelle fut plus élevée dans les substrats qui contenaient de la vermiculite. Les propriétés du substrat ont également eu un effet significatif sur la masse des nouvelles racines produites lors du test de capacité de croissance des racines réalisé en conditions contrôlées.

Pour une culture biologique de tomate de serre, l'enrichissement en oxygène de la solution nutritive, associé à l'utilisation d'agents bénéfiques a eu un effet positif sur le rendement en fruits de classe 1 de la tomate. Les rendements en fruits totaux et vendables les plus importants ont été obtenus chez les plantes inoculées avec Trichoderma harzianum (Rootshield®) et recevant une solution nutritive enrichie en oxygène. Les fruits de ces plantes présentaient également moins de désordres physiologiques en termes de microfendillement et de pourriture apicale. Cependant, la combinaison de l'enrichissement en oxygène de la solution nutritive et des agents bénéfiques n'a eu aucun effet significatif (P<0,05) sur les paramètres de croissance des plantes par rapport aux traitements témoins. Aucun effet marqué de l'oxygène et des agents bénéfiques n'a été observé, non plus, sur l'infection par Pythium ultimun dont la présence, en revanche, a été notée chez tous les traitements.

Depuis son entrée dans le monde de l'imagerie médicale, l'imagerie optique a connu un grand développement. Beaucoup d'intérêt lui est porté car cette modalité est non invasive et permettrait éventuellement de faire de l'imagerie moléculaire. Toutefois, elle doit relever un défi de taille, celui de la reconstruction de l'image. Cette étape est très ardue, car elle fait intervenir des modèles de propagation de la lumière dans les tissus biologiques complexes, qui se traduisent par des équations intégro-différentielles dont il est difficile de dériver des solutions analytiques. Ainsi, une étape essentielle au développement d'appareil d'imagerie, la calibration, devient cruciale. Les fantômes optiques, l'objet de ce travail de recherche, sont les standards de calibration qui servent à la réalisation de cette étape. Ces derniers interviennent pour valider les performances et les algorithmes de recontructions des appareils. Ce sujet de recherche s'inscrit dans le cadre du projet TomOptUS qui développe un appareil de tomographie optique diffuse pour petits animaux. Ce travail a deux objectifs principaux : la fabrication de fantômes aux propriétés optiques contrôlables et pouvant simuler celles des tissus biologiques et le développement de méthodes de caractérisation des milieux utilisés pour ces fantômes. La réalisation du volet fabrication a permis de doter le laboratoire d'un protocole robuste pour la fabrication de fantômes solides (par opposition à liquides). Ce protocole contourne une problématique majeure rencontrée souvent lors de la réalisation de fantômes solides, qui est la formation de bulles indésirables à l'intérieur des milieux fabriqués. Aussi, ce protocole permet la fabrication de fantômes de formes complexes tels que des fantômes de souris. Quant à la caractérisation, le laboratoire a vu l'implantation de deux méthodes de caractérisation qui permettent l'obtention des propriétées optiques de milieux absorbants et/ou diffusants. Ces méthodes s'inscrivent également à l'intérieur d'un protocole de caractérisation adapté aux besoins du laboratoire. L'étude approfondie des méthodes de caractériation a amené le développement d'une expertise qui pourrait être exploitée pour étendre l'utilisation de ces techniques de caractérisation sur des tissus biologiques, une voie d'avenir pour l'imagerie médicale.

Les fonctions écologiques des milieux humides permettent de fournir des biens et services écologiques utiles à la société, dont plusieurs sont critiques à notre survie. Par contre, ces milieux humides subissent souvent de nombreuses perturbations anthropiques modifiant leur capacité à fournir ces biens et services écologiques. Incidemment, leurs fonctions écologiques sont dégradées. Elles représentent l’élément clef dans la démarche proposée pour évaluer l’état des milieux humides. Le projet a débuté par l’analyse des sites d’étude au Québec, soient les bassins versants des rivières Yamaska et Bécancour. Par la suite, les fonctions écologiques ont été sélectionnées (support d’habitats fauniques, régulation des débits de crues et rétention des sédiments) et caractérisées pour leur associer des indicateurs spatiaux mesurant leurs caractéristiques selon le développement durable. Une approche multiéchelle a été intégrée pour diviser le territoire lors de la cartographie des indicateurs spatiaux afin de poser un diagnostic (sous-bassin : niveau stratégique) et cibler l’intervention (microbassin : niveau tactique). L’approche multitemporelle a permis, ensuite, de cartographier ces indicateurs pour différents horizons temporels : la situation historique de 1984, l’état actuel de 2011 et deux scénarios de simulation en 2050, soient une vision pessimiste et optimiste quant à la gestion des milieux humides. Ces analyses spatiales ont été combinées pour proposer un outil d’aide à la décision permettant de cibler des secteurs problématiques. En considérant les trois fonctions écologiques, une tendance générale est constatée pour chaque bassin versant. C’est à l’ouest de la rivière Yamaska, près de Saint-Hyacinthe, et dans la portion est de la rivière Bécancour, autour de Thetford Mines, que les fonctions écologiques procurées par les milieux humides sont en déficit. De plus, les fonctions du support d’habitats fauniques et de régulation des débits de crues comportent le plus grand nombre de secteurs problématiques pour les bassins versants des rivières Yamaska et Bécancour, respectivement. Le développement d’indicateurs spatiaux selon des approches multiéchelle et multitemporelle a permis de proposer une solution innovante pour la gestion des bassins versants en tenant compte des fonctions écologiques procurées par les milieux humides. De plus, l’intégration de l’aspect de durabilité est un avantage considérable dans l’élaboration d’un outil d’aide à la décision pour les intervenants.

La production de neige est une pratique généralisée à de nombreuses stations de sports d'hiver (en France, deux tiers des sites existants sont équipés d'infrastructures destinées à cet effet ; les projets d'extension de réseaux de production de neige sont nombreux). Procédé simple en apparence – il s'agit de pulvériser de l'eau dans de l'air froid –, la pratique étudiée est vecteur de notre questionnement sur la gestion durable de l'eau en montagne. Dernière née des usages de l'eau dans ces territoires, la production de neige interroge sur sa capacité à trouver une place dans un modèle de gestion intégrée de l'eau ; l'enjeu réside ici dans la conciliation des besoins en eau pour les milieux aquatiques d'une part, et pour l'ensemble des usages de l'eau, d'autre part. Dans le cadre du réchauffement climatique en cours et de ses incidences sur la « ressource neige », en particulier en moyenne montagne, les installations de production de neige invitent également à questionner la vulnérabilité des stations de sports d'hiver ; il s'agit par là même de proposer une réflexion sur le devenir du modèle touristique qu'elles sous-tendent. La production de neige dépasse ainsi la seule problématique de l'eau ; elle est également l'expression de l'usage des territoires qu'il convient de questionner. Notre recherche s'appuie sur des matériaux empiriques de diverses natures (enquêtes auprès des acteurs impliqués, observations de terrain et documentation) et relevant de multiples échelles de travail. Parmi celles-ci figurent trois études de cas des Alpes françaises : Courchevel - La Tania (Savoie), Villard-de-Lans - Corrençon-en-Vercors (Isère) et Orcières-Merlette (Hautes-Alpes). La méthodologie employée a finalement permis de dégager un ensemble de conditions et de propositions inspirées d'initiatives locales, qui permet d'envisager l'insertion de la production de neige dans un modèle de gestion durable de l'eau en montagne.