Titre de l'écran-titre (visionné le 29 mai 2023) / L'impact de l'urbanisation couplé aux changements climatiques influence le régime hydrologique, entrainant d'importants défis de gestion des eaux pluviales. Dans ce contexte, l'utilisation d'infrastructures végétalisées tels les systèmes de biorétention et les noues végétalisées est de plus en plus fréquente en Amérique du Nord au cours des dernières années afin d'intercepter, de ralentir et de filtrer les eaux de ruissellement. Or, peu de données sont disponibles quant à la sélection des espèces adaptées sous climat froid, malgré le fort intérêt des municipalités pour ces phytotechnologies. L'influence du positionnement sur la croissance des végétaux ainsi que le suivi évolutif des substrats sont également des facteurs qui restent à étudier. Ainsi, l'objectif de ce projet consistait à évaluer la survie et la croissance d'espèces à différentes positions et de suivre l'évolution des propriétés physico-chimiques des substrats pendant les trois années suivant l'implantation de noues végétalisées en juillet 2020. Pour le volet sur les végétaux, 22 espèces ont été suivies au sein de 48 noues végétalisées dans une banlieue de la ville de Québec. Pour ce qui est du volet sur les substrats, ce sont 12 noues parmi celles choisies au volet sur les végétaux qui ont été sélectionnées pour le dispositif expérimental. Les principaux paramètres examinés comprenaient la survie, la croissance foliaire et la floribondité des végétaux implantés, la prépondérance et la diversité des adventices, ainsi que les propriétés chimiques, la conductivité hydraulique saturée et la teneur en eau volumétrique du substrat. Les résultats ont permis de confirmer que le positionnement dans la noue exerçait une influence importante sur la croissance des espèces. Quinze espèces se sont avérées bien adaptées, tandis que les sept autres démontraient une survie et une croissance moindre. Enfin, une augmentation de la concentration en polluants et une baisse de la vitesse d'infiltration de l'eau dans le substrat ont été observées au fil du temps. Une bonne compréhension de l'impact du positionnement des espèces sur leur développement peut contribuer à l'amélioration de la disposition des végétaux dans les aménagements et ainsi maximiser la performance des ouvrages. En complément, de bonnes pratiques d'entretien sont importantes afin de minimiser la compaction des substrats et de favoriser la croissance des végétaux. / Urbanization coupled with climate change is influencing the hydrological regime, resulting in significant stormwater management challenges. In this context, the use of green infrastructures such as bioswales and bioretention systems to intercept, slow down and filter runoff has been increasing in North America in recent years. However, little data is available on the selection of optimal plant species adapted to cold climates, despite the strong interest of municipalities for these phytotechnologies. The influence of positioning on the establishment and growth of plants as well as the intra and inter-seasonal evolutionary monitoring of substrates are also factors that require further investigation. Thus, the main objective of this project was to evaluate the growth and survival of plant species at various positions, and to monitor the evolution of the physico-chemical properties of substrates for three years following the construction of planted stormwater management systems. For the plant component, 22 species were monitored within 48 bioretention cells built in a proximal suburb of Quebec City, starting from the project implementation in July 2020. As for the substrate component, a subset of 12 bioretention cells were selected from those where plants were monitored. Key parameters evaluated during this project included survival rate, leaf growth and floridity of the plants, weed abundance and diversity, as well as the chemical properties, saturated hydraulic conductivity, and relative moisture content of the growing substrate. The results confirmed that plant positioning in the bioretention cells had an important influence on their growth. Fifteen species were found to be well adapted to the environmental conditions, while the other seven showed reduced survival and growth. Finally, an increase in pollutants and nutrients concentration as well as a decrease in water infiltration were observed over time in the bioretention cells. A better knowledge of the plant interaction in spatial and temporal distribution can contribute to improve the planting arrangements and thus potentially maximize the bioretention performance for better stormwater management. In addition, good maintenance practices are important to minimize substrate compaction and promote plant growth.

L'application commerciale de la culture in vitro est limitée à la propagation massive de certaines espèces végétales en raison des pertes excessives rencontrée lors de la phase de l'acclimatation. On pense que le saccharose ajouté au milieu de culture serait responsable de ce problème. L'objectif de cette thèse était d'approfondir nos connaissances sur les effets du saccharose exogène et des conditions in vitro sur la croissance, la physiologie et la biochimie des plantules de pomme de terre (Solanum tuberosum L.) in vitro et ex vitro. Comme prémisse à la recherche nous nous sommes intéressés à déterminer comment le sucre est absorbé et transporté dans les plantules. Les plantules autotrophes et mixotrophes absorbent et métabolisent le sucre de manière très distincte. Les premières absorbent et transloquent de faibles quantités de saccharose et relâchent même de fortes quantités des sucres dans le milieu. Les plantules mixotrophes accumulent des sucres radioactifs dans la tige et dans les feuilles. Grâce à une approche métabolomique nous avons étudié de manière approfondie la réponse métabolique des plantules in vitro et ex vitro de sucres exogènes. Nos données de métabolomique expliquent certains des problèmes trouvés dans les conditions de culture in vitro et leur impact sur l'acclimatation ex vitro. Par exemple, l'analyse métabolomique révèle que les conditions de culture in vitro ont provoqué des changements très importants des métabolismes de l'azote et du carbone; des niveaux plus élevés d'acides aminés, de metabolites de stress, de polyamines, d'intermédiaires de la photorespiration, de sucres alcools osmotiquement actifs, et des niveaux inférieurs des intermédiaires du cycle de Krebs et de la glycolyse, caractérisent le phénotype métabolique distinct des plantules in vitro mixotrophes. Nous suggérons que ces changements dans les niveaux d'accumulation des metabolites représentent une réponse adaptative de la plantule in vitro à la quantité excessive d'azote dans le milieu de culture MS et aux conditions de stress osmotique causés par la présence de sucre exogène.

Le travail est axé sur l'accumulation d'éléments chimiques essentiels et non essentiels avec une attention particulière pour les parties des consommées, en lien avec la qualité sanitaire des produits alimentaires. Le travail de thèse est divisé en deux grandes parties. La première porte sur une expérimentation en plein champ où des plantes de blettes et de tomates ont été cultivées du stade plantules jusqu'à la maturité pendant 5 mois avec des pratiques agricoles conventionnelles ou biologiques. Les plantes ont été récoltées à 6 stades différents de croissance et nous avons déterminé la concentration des organes végétaux pour 27 éléments chimiques. L'objectif était d'étudier la répartition des éléments entre les organes en fonction de l'âge de la plante et des pratiques culturales.La seconde partie de la thèse a été consacrée à la compréhension et à la modélisation de la répartition du cadmium (Cd) chez le tournesol aux stades reproducteurs. Des plantes ont été cultivées du stade plantule jusqu'à la maturité, en solution nutritive avec une faible concentration en Cd cohérente avec les expositions aux champs. Durant la phase reproductive, cinq échantillonnages ont été effectués pour comprendre la répartition du Cd entre les organes ainsi que l'origine du Cd des graines (prélèvement racinaire versus remobilisation à partir d'autres organes). Au stade du bouton floral et pendant le remplissage des graines, le devenir du Cd récemment absorbé par les racines a été suivi et modélisé par traçage isotopique avec du 111Cd. Les rôles de la transpiration et de l'allométrie entre organes ont été plus particulièrement examinés. / This work is focuded on the accumulation of essential and non-essential elements, paying a special attention to the dible part of the plants, in terms of food safety and human health. The thesis work has been divided in two main parts. The first one is related to a field expeiment performed in open-air plots, where Swiss chards and tomato plants were grown from seedlings to maturity in a natural soil during five months, using organic or conventional agricultural practices. Plants were harvested at six different growth satges and the total concentrations of 27 elements were measured in all plants organs. The objective was to study the partitioning of elements between the plant organs, depending on the plant age on the cultivation practice. The second part of the thesis is devoted to the understanding and modelling of the partitioning of cadmium (Cd) in sunflowers at the reproductive stages. Sunflowers wre grown in nutrient solution at low Cd availability consistent with thaht found in the field, from germination toi maturity. During the reproductive period, five samplings were carried out to investigate the partitioning of the total Cd between plant organs and the origin of the Cd allocated to seeds (root uptake vs; remobilization from other plant organs). At the flower bud and grain filling stages, the partitioning of the Cd recently taken up between the different plant organs was followed and modelled by exposing several plants for the three days to a 111Cd enriched nutrient solution. The roles of the transpiration and of the plant allometry were specially investigated.

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