Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Ce projet s'intéresse à l'une des composantes importantes des programmes de surveillance de la santé en milieu de travail, c'est-à-dire la surveillance biologique de l'exposition interne à des agents potentiellement nocifs. L'interprétation de la relation exposition externe/exposition interne est souvent déficiente et notre capacité de prévoir les conséquences des modifications des conditions de travail n'est pas très élevée. Puisque la réalité du milieu de travail est telle que l'exposition ne peut être envisagée comme se déroulant sous des conditions standards, la disponibilité d'un outil facilitant l'interprétation des données de surveillance biologique représenterait un avantage certain. Dans la recherche de tests de surveillance biologique de l'exposition en milieu de travail, l'utilisation de l'air expiré comme matrice biologique présente un intérêt certain. Dans le but de faciliter l'interprétation de ces tests, nous avons développé des modèles de simulation pharmacocinétique à base physiologique. Bien que déjà disponibles dans le cas de certains solvants organiques volatiles liposolubles, ces modèles n'ont pas connu une utilisation très répandue dans le cas des solvants hydrosolubles. Leur utilisation était limitée du fait d'une modélisation inadéquate de l'élimination des solvants inchangés dans l'air expiré. L'objectif général de notre projet était de jeter les bases théoriques et pratiques d'un programme de surveillance biologique de l'exposition aux solvants organiques volatiles suivants par la mesure de leurs vapeurs dans l'air expiré : le toluène (TOL), le xylène (XYL), le trichloroéthylène (TRI), le 1,1,1-trichloroéthane (1,1,1-TRI), tous liposolubles, et l'acétone (ACE), hydrosoluble. En utilisant à la fois une approche expérimentale faisant appel à des sujets humains et une approche de simulation toxicocinétique, nous avons donc : Développé des modèles de simulation toxicocinétique à base physiologique décrivant l'absorption par inhalation, ainsi que la distribution et l'élimination de ces solvants chez l'humain et permettant éventuellement de prédire leur cinétique dans l'air expiré, le sang et l'urine ; Expérimenté en laboratoire, chez des volontaires sains, l'influence de la concentration d'exposition, et de la répétition de l'exposition (scénario 1), de la durée de l'exposition (scénario 2), de la variation intra-journalière de la concentration d'exposition (scénario 3) et de la charge de travail (scénario 4) sur la cinétique d'absorption et de disposition de ces solvants, au moyen de la mesure de la concentration des solvants ou de leur(s) métabolite(s) dans l'air expiré, le sang et l'urine des volontaires ; Calibré les modèles développés à l'étape 1 à l'aide des résultats expérimentaux obtenus à l'étape 2 lors des études portant sur l'influence de la concentration d'exposition et de la répétition de l'exposition (scénario 1) ; Validé les modèles développés à l'étape 1 en comparant les valeurs des mesures effectuées à l'étape 2 (scénarios 2 à 4) avec les prédictions faites à l'aide des modèles calibrés à l'étape 3. Ces travaux ont démontré que la modélisation toxicocinétique à base physiologique (TCBP) représente un outil très performant pour l'interprétation des données de surveillance biologique. Une fois validés, ces modèles permettent d'analyser de multiples situations d'exposition, sans avoir à recourir systématiquement à l'expérimentation animale ou humaine. Cette approche est de plus en plus reconnue comme permettant de faire des choix judicieux quant à la matrice à utiliser en surveillance biologique, et quant au moment propice pour recueillir les échantillons biologiques.

Les membranes biologiques sont principalement composées d'une bicouche de phospholipides et de protéines isolant l'intérieur des cellules du cytoplasme. H est donc fondamental d'étudier la nature des interactions entre ces composants afin de bien comprendre la relation étroite qui existe entre la structure et le fonctionnement des membranes. Comme les membranes naturelles sont composées de plusieurs protéines et de plusieurs lipides, elles se prêtent plus difficilement à des études structurales par des techniques spectroscopiques. Notre approche consiste donc à étudier des membranes modèles composées de complexes de phospholipides fluorés avec des peptides, protéines ou drogues qui agissent sur les membranes. Cette méthode mise sur l'excellente sensibilité du ¹⁹F en résonance magnétique nucléaire (RMN) ainsi que sur son abondance naturelle de 100% et son absence presque complète des organismes vivants. Ce mémoire versera sur la synthèse de ces composés lipidiques fluorés ainsi que sur une étude préliminaire de leurs propriétés physiques dans des vésicules. Les résultats présentés ont été obtenus à l'aide d'analyses en spectroscopie RMN à l'état solide et en infrarouge à transformée de Fourier.

Du biochar, de l’hydrogel et des symbiotes végétaux ont été testés comme amendements et biostimulants pour la croissance végétale de Festuca rubra, Trifolium repens L et Avena sativa L hydro-ensemencées sur des résidus aurifères fins et des roches stériles. Un essai de germination indique que les deux biochars ont favorisé la germination des plantes entre 61% et 91%, sauf dans le cas d’une combinaison du biochar BQ-Érable-500-3 avec le trèfle blanc. Une première expérience consistait en trois doses d’hydrogel (0g/kg, 10g/kg, 15g/kg de substrats) combinées avec 0% ou 15% v/v de biochar BQ-Érable-500-3 sur la croissance de A. sativa, F. rubra et T. repens hydro-ensemencées sur ces résidus en conditions contrôlées. L’ajout d’hydrogel avec du biochar a augmenté entre 20% et 27% la biomasse par rapport au témoin sans biochar. L’addition de biochar BQ-Érable-500-3 à 15% v/v aux résidus miniers n’a pas eu d’effets sur les biomasses aériennes et totales des plantes dans le mésocosme. Une interaction a été observée entre l’hydrogel et le biochar. Cependant, celle-ci a été négativement influencée par le taux élevé de biochar appliqué. Dans une deuxième expérience, les effets interactifs de deux biochars avec 15% v/v ou sans biochar (0%) et d’un consortium microbien constitué de deux souches de bactérie fixatrice d’azote (Rhizobium leguminosarum biovar trifoli FH345K et Rhizobium leguminosarum biovar trifoli USDA2046), une souche de bactérie fixatrice libre du diazote (Pseudomonas putida MBN 0213) et une souche de champignon mycorhizien arbusculaire (AMF) (Rhizophagus irregularis DAOM 197198) ont été observés en utilisant des mésocosmes en serre. Le biochar fait avec des écorces d’érable à 7000C a augmenté de 20% la masse totale des plantes comparativement au traitement sans biochar, mais pas avec l’autre biochar fait avec 75% de bois et d’écorces d’érable à 5000C. Il n’y avait pas d’interaction entre le biochar et le consortium microbien. Les deux mélanges végétaux avaient la même biomasse aérienne totale malgré un ratio de population de chaque espèce différente. Par conséquent, l’hydrogel et le biochar seraient bénéfiques pour la croissance végétale, avec l’un ou l’autre des mélanges végétaux, dans des milieux de croissance difficiles pour les plantes tels que les résidus miniers. Par contre, l’effet du biochar sur la croissance dépend du type de biochar. Mots clés : biochar, restauration minière, hydrogel, exploitation aurifère, Avena sativa, Trifolium repens L, Festuca rubra / Biochar, hydrogel and plant symbionts were tested as amendments and biostimulants for plant growth of Festuca rubra, Trifolium repens L and Avena sativa L hydro-seeded on gold mine fine tailings and waste rock. A germination test indicated that both biochars favored plant germination between 61% and 91%, except for combination BQ-Érable-500-3with white clover. A first experiment consisting of three hydrogel doses (0 g/kg, 10 g/kg, 15 g/kg of substrate) combined with 0% or 15% v / v of biochar was conducted on the growth of hydro-seeded A. sativa, F. rubra and T. repens planted together on these gold mine tailings under controlled conditions. The addition of hydrogel to biochar increased plant biomass between 20% and 27% compared to the control without biochar. The addition of biochar at 15% v/v to tailings had no effects on the aboveground and total biomass of plants in the mesocosm experiment. An interaction was observed between the hydrogel and the biochar. However, this interaction was negatively influenced by the high rate of biochar applied. In a second experiment, the interaction of both biochars with 15% v/v or without biochar (0%) and of a microbial consortium including two dinitrogen fixing symbiotic bacteria strains (Rhizobium leguminosarum biovar trifoli FH345K and Rhizobium leguminosarum biovar trifoli USDA2046), a free-free-living dinitrogen-fixing bacteria strain (Pseudomonas putida MBN 0213) and a fungal strain of arbuscular mycorrhizal (AMF) (Rhizophagus irregularis DAOM 197198) were observed in mesocosm greenhouse experiment. Biochar made with maple bark at 7000C increased plant biomass by 20% compared to treatment without biochar, but the other biochar made of 75% of wood and bark maple at 500 0C did not influence growth. There was no interaction between biochar and the microbial consortium. Despite their differences in individual biomass, the two plant mixtures did not behave differently in terms of total above ground biomass. These results suggest that hydrogel and biochar are beneficial for plant growth, with either of the plant mixtures, in environments difficult for plants growth such as tailings. On the other hand, the effect of biochar on plant growth depends of the biochar type. Keywords: Biochar, mine reclamation, hydrogel, gold mining, Avena sativa, Trifolium repens, Festuca rubra

Le transport de charges dans une série de copolymères à faible bande interdite basés sur l'alternance de motifs riches en électrons (thiophène, thiénothiophène) et d'unités déficients en électrons (benzothiadiazole) et dans leurs mélanges avec un dérivé du fullerène (PCBM-C60) a été étudié. Les polymères sont différenciés par la structure moléculaire de leur coeur conjugué et par la nature, la position et la densité de leurs chaines latérales. Dans les polymères purs, la mobilité a été étudiée en fonction de la densité de charges par le biais de l'analyses de caractéristiques électriques de transistors à effet de champ et de dispositifs à un seul type de porteurs dont le courant est limité par la charge d'espace. En utilisant le modèle de transport de charges développé par Vissenberg et al., nous avons pu estimer le degré de désordre dans le film organique et corréler le transport de charge avec le degré d'ordre structural mesuré par la diffraction des Rayons-X. Ces polymères ont été conçus pour être utilisés dans la couche active des cellules solaires organiques. Grâce à l'étude du transport de charges dans les mélanges à différents ratios massiques polymères:fullerène, nous avons mis en évidence l'effet considérable de la structure moléculaire sur le ratio optimal polymère:fullerène. Aussi, nous avons pu montrer que la nature des chaînes latérales joue un rôle important dans l'obtention d'un chemin de percolation optimal à la conduction des électrons.

Le transport de charges dans une série de copolymères à faible bande interdite basés sur l'alternance de motifs riches en électrons (thiophène, thiénothiophène) et d‘unités déficients en électrons (benzothiadiazole) et dans leurs mélanges avec un dérivé du fullerène (PCBM-C60) a été étudié. Les polymères sont différenciés par la structure moléculaire de leur coeur conjugué et par la nature, la position et la densité de leurs chaines latérales. Dans les polymères purs, la mobilité a été étudiée en fonction de la densité de charges par le biais de l’analyses de caractéristiques électriques de transistors à effet de champ et de dispositifs à un seul type de porteurs dont le courant est limité par la charge d’espace. En utilisant le modèle de transport de charges développé par Vissenberg et al., nous avons pu estimer le degré de désordre dans le film organique et corréler le transport de charge avec le degré d’ordre structural mesuré par la diffraction des Rayons-X. Ces polymères ont été conçus pour être utilisés dans la couche active des cellules solaires organiques. Grâce à l’étude du transport de charges dans les mélanges à différents ratios massiques polymères:fullerène, nous avons mis en évidence l’effet considérable de la structure moléculaire sur le ratio optimal polymère:fullerène. Aussi, nous avons pu montrer que la nature des chaînes latérales joue un rôle important dans l’obtention d’un chemin de percolation optimal à la conduction des électrons. / The charge transport in a series of low band-gap copolymers based on the alternation of electron-rich units (thiophene, thienothiophene) and electron-deficient units (benzothiadiazole) and in their blends with a fullerene derivative (PCBM-C60) is investigated. The polymers are differentiated by the molecular structure of the conjugated backbone and by the nature, position and density of alkyl side chains. In pristine polymer films, the hole mobility has been investigated as a function of charge carrier density by analyzing the electrical response of field-effect transistors and single carrier spacecharge- limited current devices. By using the charge transport model developed by Vissenberg et al., we could quantify the structural disorder for the different polymers and correlate their degree of anisotropy with structural data obtained by Grazing Incidence Wide Angle X-ray diffraction. These polymers have been used in the active layer of organic solar cells. The ambipolar chargetransport was investigated in the corresponding polymer:fullerene blends. The results show that the side chains play a major role on the polymer: fullerene interactions and controls the optimal weight ratio. Also, we have shown that the nature of the side chains has a strong impact in the optimal electron conducting pathways.

L'origine des déviations observées aux basses températures sur la conductivité des matériaux organiques quasi-1D reste à ce jour contreversée. Il est établi pour ces matériaux que les fluctuations magnétiques y sont présentes. L'objectif visé par notre travail est d'évaluer l'influence des fluctuations supraconductrices induites par l'antiferromagnétisme dans les conducteurs quasi-1D. Il ressort de nos calculs que la paraconductivité à un canal (Cooper), calculée à partir du courant de paires coïncide à celle d'Aslamazov-Larkin. Pour une dimension spatiale donnée, plus l'anisotropie est prononcée plus les fluctuations deviennent importantes. Dans le cas quasi-1D avec mélange des canaux de Cooper et de Peierls, on retrouve le résultat d'Aslamazov-Larkin à une constante près. Nos résultats s'accordent qualitativement aux données expérimentales avec un paramètre d'anisotropie fortement influencé par la pression. De même, on remarque que la pression lorsqu'elle augmente diminue les fluctuations supraconductrices. En outre l'interférence des canaux augmente la conductivité des conducteurs organiques quasi-1D de manière significative.

L'objectif de la thèse est de traiter des sédiments marins et des sols fins équivalents (fines de carrière) considérés comme des déchets, par un procédé de solidification/stabilisation et de les valoriser en matériau pour des sous couches routières. Ces traitements ont donné lieu à des mélanges composites sédiments-liants et/ou ajouts de cendres volantes, de fumée de silice, de produits chimiques réactifs et de fibres suivis d'une analyse comportementale des performances mécaniques et de durabilité. Après avoir sélectionné un panel représentatif de sédiments marins et une fine de carrière, une phase de caractérisation a été entreprise sur les paramètres déterminants en vue de traiter ces sédiments. Elle repose sur l'étude des propriétés physiques (répartition des grains, limites d'Atterberg) et chimiques (la teneur en matière organique et en carbonates). Les différentes caractéristiques, dosages et paramètres dimensionnels des constituants (ciment, chaux, cendre volante, fumée de silice, sables correcteur, produit chimique réactif et fibres naturelle et géosynthétiques) des mélanges sont déterminés. Le programme expérimental complet est présenté, il intéresse les sédiments marins à stabiliser ou solidifier. Les essais mécaniques de résistance et de durabilité (compression simple, traction indirecte, mouillage-séchage) ont été effectués sur échantillons cylindriques. L'analyse et l'interprétation des résultats ont permis de mieux cerner les différents facteurs influant sur la résistance à la compression et à la traction indirecte des mélanges traités avec des additions de liants hydrauliques et de liant pouzzolanique, puis avec des ajouts spécifiques de fumée de silice, de sable correcteur et de produits chimiques réactifs. Une phase innovante a porté sur l'utilisation de fibres déchets dans les mélanges. Ces fibres naturelle (lin) et artificielles (géosynthétiques) ont été proposées pour améliorer le comportement mécanique des mélanges de sédiments marins et/ou fine de carrière. En conclusion, pour les dosages économiques retenus et les mélanges étudiés, une application en sous couche routière est possible (classes S1à S5). La teneur en matière organique des sédiments marins a une forte influence sur l'efficacité des traitements des sédiments marins aux liants. Les renforts fibreux sont tout à fait prometteurs et l'idée de covaloriser deux déchets constitue une avancée dans la gestion durable et la valorisation des sédiments.

Nous avons optimisé l'élaboration de nanocristaux organiques dans des couches minces sol-gel obtenues par « spin-coating ». Notre étude a porté plus particulièrement sur la préparation de sols avec des précurseurs contenant des groupes espaceurs organiques rigides en vue d'augmenter la taille des pores de la matrice sol-gel. L'utilisation de différentes techniques de caractérisation (microscopie optique confocale, microscopie électronique en transmission) nous a permis de sélectionner les fluorophores adaptés pour notre étude et de comparer le processus de nucléation-croissance de cristaux non supportés obtenus à partir de solutions libres avec le confinement spatial apporté par notre méthode de nanocristallisation. La diffraction électronique et la microscopie de fluorescence résolue en polarisation nous ont permis d'identifier un grand nombre de nanoparticules cristallisées et dans certains cas, de prouver leur monocristallinité. Les propriétés des nanocristaux en tant que fonction de signalisation d'un capteur chimique ont ensuite été analysées par spectroscopie de fluorescence résolue dans le temps. En effet, l'adsorption d'une molécule sonde appropriée entraîne une inhibition de la fluorescence des nanocristaux, d'autant plus significative grâce à l'ordre cristallin, qui permet de délocaliser l'excitation lumineuse sur une grande proportion des 10^4 à 10^10 molécules du nanocristal. En ajustant la porosité de la matrice sol-gel par des précurseurs contenant des groupes espaceurs, nous avons soit optimisé la diffusion de molécules vers les nanocristaux, soit protégé les nanocristaux contre des interactions non spécifiques. Enfin, nous avons montré les potentialités de nos échantillons comme capteurs biologiques.

L'objectif général de ce travail était d'étudier la relation entre exposition professionnelle maternelle aux solvants organiques et malformations congénitales.Ce projet s'est appuyé sur les données de la cohorte PELAGIE. Il s'agit d'une cohorte mère enfant avec inclusion de 3 421 femmes en début de grossesse en population générale en Bretagne. L'exposition aux solvants était définie par différentes méthodes (expositions déclarées, matrices emplois-expositions, dosages urinaires de métabolites de solvants chlorés et d'éthers de glycol).Nous avons mis en évidence une relation entre l'exposition aux solvants mesurée par des méthodes indirectes et les malformations congénitales. Puis, pour un échantillon aléatoire de451 femmes, nous avons étudié les déterminants de la détection urinaire des métabolites de solvants. Enfin, dans le cadre d'une étude cas-témoins dans la cohorte, la relation entre métabolites urinaires de solvants et malformations congénitales a été étudiée.

Mon mémoire de maîtrise a été réalisé dans le cadre du projet Génorem (www.genorem.ca), un projet multidisciplinaire qui réunit différents chercheurs de l'Université de Montréal et de l'Université McGill dans le but d'améliorer les techniques utilisées en bioremédiation. Dans le cadre de l'étude, des saules à croissance rapide (Salix sp.) ont été utilisés comme plantes modèles dans l'étude. Ainsi, 11 cultivars de saule ont été suivis afin de déterminer leur potentiel à produire un bon rendement de biomasse, à tolérer des conditions de stress sévère causé par la présence de HAPs (hydrocarbures aromatiques polycycliques) , BPCs (biphényles polychlorés) et d'hydrocarbures pétroliers C10-C50. L'expérimentation consistait en une plantation de saule à forte densité qui a été mise en place en 2011 sur le site d'une ancienne industrie de pétrochimie à Varennes, dans le sud du Québec. Les boutures des génotypes sélectionnés ont été plantées sur une superficie d'environ 5000 m2. Les plantes ont été suivies pendant les deux saisons de croissance suivant le recépage et une série de paramètres de croissance et de mesures physiologiques ont été récoltés (surface foliaire, taux de chlorophylle, conductance stomatique et statut nutritionnel) dans le but d'évaluer et de comparer les performances de chaque génotype sur un sol pollué. Les analyses statistiques ont démontré que le cultivar S. miyabeana (SX61) était le meilleur producteur de biomasse sur le site contaminé, tandis que S. nigra (S05) et S. acutifolia (S54) présentaient la meilleure capacité photosynthétique. S. dasyclados (SV1), S. purpurea (‘Fish Creek’) et S. caprea (S365) ont semblé particulièrement affectés par la présence de contaminants. La capacité d'établissement et la croissance de S. nigra (S05), S. eriocephala (S25) and S. purpurea x S. miyabeana (‘Millbrook’) indiquent une tolérance globale supérieure à la pollution . Cette analyse comparative des différentes réponses physiologiques des saules cultivés sur un sol contaminé pourra guider le processus de sélection de plantes et les techniques de bioremédiation dans les futurs projets de phytoremédiation. / My master thesis is part of a larger multidisciplinary initiative called GenoRem (www.genorem.ca). GenoRem brings together scientists from Université de Montréal and McGill University in a quest to improve bioremediation techniques through molecular and biological processes. Eleven fast-growing willow (Salix sp.) cultivars were studied, primarily to identify those that produce high biomass yields, demonstrate capacity to thrive under harsh environmental conditions and to tolerate the presence of PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons), PCBs (polychlorinated biphenyls) and C10-C50. A high-density field experiment was undertaken during the summer of 2011 on a former petrochemical industrial site in southern Québec, Canada. Cuttings of selected willow genotypes were planted on an area covering ~5000 m². Plants were monitored over the two growing seasons that followed the coppicing by recording a series of growth parameters and physiological measurements (specific leaf area, chlorophyll concentration, stomatal conductance and nutrient concentration) in order to compare growth performance of each genotype on contaminated soils. S. miyabeana cultivars (SX61) achieved the highest biomass production, while S. nigra (S05) and S. acutifolia (S54) had the highest photosynthetic capacity. S. dasyclados (SV1), S. purpurea (‘Fish Creek’) and S. caprea (S365) were negatively affected by the presence of contaminants The establishment capacity and development of S. nigra (S05), S. eriochephala (S25) and S. purpurea X S. miyabeana (‘Millbrook’) were globally less influenced by soil pollution. This comparative analysis of physiological responses of willow on contaminated soil will guide plant selection processes and bioremediation practices in future phytoremediation projects.