L'objectif de ce projet est de développer une nouvelle technique basée sur l'imagerie nucléaire pour mesurer à haute sensibilité et en temps réel la perméation de substances (molécules ou nanoparticules) à travers des polymères et des membranes biologiques. Les gants de polymère sont utilisés comme équipements de protection individuelle dans de nombreux domaines d'activité professionnelle où les risques chimiques sont présents. L'efficacité des gants à bloquer le passage de certaines substances est mesurée par des dispositifs dédiés appelés cellules de diffusion (DFC). Ces dispositifs sont constitués d'un compartiment donneur (DC) et d'un compartiment accepteur (AC), séparés par une membrane. Habituellement, la perméation des substances à travers les membranes est mesurée en prélevant des échantillons dans l'AC à différents moments, afin de révéler les profils de perméation à partir desquels les paramètres clés de perméation peuvent être extraits. Cependant, lorsqu'il faut mesurer le passage de faibles concentrations de composés potentiellement toxiques (par exemple, des pesticides ou des agents de chimiothérapie), ou de nanoparticules (NPs), les limites de détection des techniques analytiques actuelles sont généralement insuffisantes pour révéler leur profil de perméation avec précision. Il est donc difficile d'extraire les paramètres de perméation tels que le temps de latence, l'influx et les coefficients de diffusion. Afin de mesurer de manière précise et quantitative les paramètres cinétiques décrivant le passage de substances (molécules ou NPs) à travers des membranes polymériques et des membranes biologiques, il est nécessaire de développer une DFC utilisant un mode de détection avec un très haut degré de sensibilité et permettant des mesures en continu. Dans ce projet de recherche, une nouvelle technologie a été développée sous la forme d'une DFC adaptée à l'imagerie nucléaire. La tomographie par émission de positrons (TEP) permet la détection de molécules et de NPs avec un degré de sensibilité bien supérieur aux méthodes spectroscopiques et spectrométriques habituellement employées pour la détection des processus de perméation. Des études de diffusion des petites molécules radiomarquées à travers des membranes de dialyse ont d'abord été réalisées, afin de prouver le concept de cette nouvelle technologie. Ensuite, la perméation de NPs radiomarquées à travers des gants et des membranes biologiques a été évaluée. Les nanoparticules d'or (AuNPS) ont été utilisées comme type de contaminant car ce type de produit, de plus en plus utilisé en médecine, est particulièrement difficile à détecter par les techniques de mesure habituelles dans les tests de perméation. Les données acquises au cours de ces études ont permis de mettre en évidence des profils de perméation de NPs avec une très haute résolution temporelle, et une sensibilité de détection permettant de calculer tous les principaux paramètres décrivant la perméation des contaminants à travers les membranes (coefficient de diffusion, temps de latence, taux de perméation, etc). Cette technologie pourrait être utilisée pour évaluer la diffusion de matières dangereuses à travers les gants utilisés comme équipement de protection. La diffusion d'ingrédients actifs à partir de formulations topiques, buccales et ophtalmiques, ainsi que la diffusion de produits cosmétiques appliqués sur la peau, pourront aussi être étudiées. / The objective of this project is to develop a new measurement technique based on nuclear imaging, to measure at high sensitivity and in real-time, the permeation of substances (molecules or nanoparticles) through polymers and biological membranes. Polymer gloves are used as personal protective equipment in many areas of professional activity where chemical risks are present. The effectiveness of polymers in blocking the passage of certain substances is measured by dedicated devices known as diffusion cells (DFC). These devices are made of a donor (DC) and an acceptor (AC) compartment, separated by a membrane. Usually, the permeation of substances across membranes is measured by sampling from the AC at different time points, to reveal permeation profiles from which key permeation parameters can be extracted. However, for measuring the passage of low concentration of potentially toxic compounds (e.g. pesticides or chemotherapy agents), or nanoparticles (NPs), the detection limits of current analytical techniques are generally insufficient to reveal their permeation profile accurately. Thus, itis hard to extract permeation parameters as the lag time, the influx, and diffusion coefficients. In order to accurately and quantitatively measure the kinetic parameters describing the passage of substances (molecules or NPs) through polymeric and biological membranes, it is necessary to develop DFCs using a high sensitivity detection modality that allows continuous measurements. In this research project, a new technology was developed in the form of a DFC adapted to nuclear imaging. Nuclear imaging such as positron emission tomography (PET) allows the detection of molecules and NPs with a degree of sensitivity far superior to the spectroscopic and spectrometric methods usually employed for the detection of permeation processes. Diffusion studies of small molecular weight radiolabeled molecules across dialysis membranes was first performed, to prove the concept of this novel technology. Then, the permeation of radiolabeled NPs through gloves and biological membranes was evaluated. Gold nanoparticles (AuNPs) were used as a type of contaminant because they are increasingly used in medicine and because it is particularly difficult to detect them by the usual measurement techniques in permeation tests. The data acquired during these studies allowed to reveal NP permeation profiles with a very high temporal resolution, at a detection sensitivity allowing to calculate all the main parameters describing the permeation of contaminants through membranes (lag time, permeation rate, diffusion coefficient, etc). The technology could be used to assess the diffusion of hazardous materials through gloves used as protective gear, as well as the diffusion of active ingredients and NPs from topical, buccal and ophthalmic drug formulations, as well as the diffusion of cosmetic products applied to the skin.

La présente étude a consisté à analyser les caractéristiques hydrauliques de matériaux concassés d'origine granitique. La conductivité hydraulique et la courbe caractéristique de rétention d'eau (CCRE) ont été déterminées pour neuf matériaux granulaires reconstitués. Les matériaux ont été reconstitués à partir du matériau MG-20 de la carrière PEB de Lac-Saint-Charles et à l'aide du fuseau granulométrique pour des matériaux de fondations routières MG-20 recommandé par le ministère des Transports du Québec (MTQ). Les granulométries des matériaux reconstitués ont été divisées en deux groupes caractérisés, d'une part, par la variation du coefficient d'uniformité et, d'autre part, par la variation du pourcentage des particules fines. À partir de la définition des paramètres hydriques des matériaux - la pression d'entrée d'air ([Psi]a) et la conductivité hydraulique saturée (ksat) -, on a établi des relations empiriques entre la porosité de la fraction fine (nf) et les paramètres hydrauliques. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude montrent l'influence des conditions initiales de compactage sur les paramètres hydrauliques des matériaux granulaires. L'énergie de compactage ainsi que la teneur en eau à laquelle les matériaux ont été compactés jouent un rôle important sur la structure de la fraction fine des matériaux granulaires reconstitués, ce qui a un impact important sur les paramètres hydrauliques de ces matériaux. Lorsque les matériaux granulaires MG-20 sont compactés à une teneur en eau inférieure à la teneur en eau optimale, ces matériaux présentent une macroporosité qui rend la valeur de la pression d'entrée d'air ([Psi]a) plus faible et la valeur de la conductivité hydraulique saturées (ksat) plus élevée. Cette étude, basée sur le modèle de porosité des matériaux granulaires avec fines de Côté et Konrad (2003), a permis d'établir que la valeur de nf est une caractéristique qui définit bien le comportement d'un matériau MG-20. Les relations empiriques obtenues dans le cadre de ce travail [Psi]a - nf et ksat - nf ont été établies à partir des paramètres hydrauliques et des propriétés de structure du matériau. Ces relations permettent de caractériser d'une manière satisfaisante les matériaux MG-20 et permettent d'obtenir les caractéristiques hydriques du matériau à partir des propriétés de sa structure.

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

Au niveau intestinal, le facteur de transcription Gata4 est exprimé dans les cellules épithéliales de la partie proximale de l’intestin grêle. Ce facteur est un régulateur de plusieurs gènes tel celui encodant la sucrase isomaltase. Quelques études ont aussi suggéré que ce facteur est impliqué dans le contrôle de l’expression de molécules de jonction, favorisant ainsi la polarisation des cellules épithéliales en culture. Dans notre laboratoire, des résultats tendent à démontrer que Gata4 est impliqué dans la réponse inflammatoire des cellules épithéliales en régulant, avec ses cofacteurs Cdx2 et Fog1, l’expression génique du peptide antimicrobien Pap1. In vivo, l’invalidation de Gata4 a montré que ce facteur de transcription est impliqué dans le maintien de l’identité et des fonctions du jéjunum par rapport à l’iléon. Cependant, aucune étude ne s’est intéressée à la régulation des molécules de jonction dans ce contexte. La présente étude a pour but de compléter l’étude de la régulation du gène Pap1 par Gata4 et d’étudier le rôle de Gata4 dans le contrôle de l’expression des molécules de jonction chez la souris. Nos résultats confirment le rôle du facteur de transcription Gata4 et de son corépresseur Fog1 dans le contrôle de l’expression de Pap1. La méthode d’interférence à l’ARN dirigée contre Fog1 a permis d’induire spontanément l’expression de Pap1 dans la lignée IEC-6/Cdx2. Chez la souris, la perte de Gata4 modifie l’expression de certaines molécules de jonction cellulaire. Des PCR quantitatifs et des immunobuvardages ont révélé que l’expression de plusieurs molécules de jonction est modulée en absence de Gata4. La Claudine 2 est la molécule de jonction dont l’expression est la plus induite autant au niveau de l’ARNm que de la protéine. Ces modifications entraînent une augmentation du passage paracellulaire du FITC-dextran fluorescent, ce qui suggère que l’épithélium est plus perméable aux macromolécules. Des infections orales par Salmonella Typhimurium ont révélé un passage accru de ces bactéries dans les animaux femelles. L’ensemble de ces travaux suggère que Gata4 est impliqué dans le contrôle de la perméabilité des jonctions intercellulaires ainsi que dans la protection des cellules épithéliales intestinales contre les bactéries.

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

Dans la littérature, plusieurs auteurs ont défini des modèles permettant d’estimer la conductivité hydraulique des sols saturés. Un bon nombre de ces modèles sont basés sur le diamètre passé par 10% des particules (d₁₀) qui avec des paramètres caractérisant les pores du milieu poreux définit de manière indirecte le diamètre des pores effectifs du sol. D’autres modèles comme celui du modèle statistique de Marshall, de Kunze, de Millington et Quirk sont basés plus directement sur le diamètre des pores du milieu poreux. Tous les diamètres des pores présents dans le sol sont considérés dans le calcul. Ces modèles sont donc très proches de la réalité du comportement de l’écoulement de l’eau dans un sol. La présente étude portera donc sur l’estimation de la conductivité hydraulique à partir de la porométrie d’un sable granitique saturé de différentes granulométries provenant de la carrière PEB situé au Lac-Saint-Charles à Québec. La porométrie des sols à l’étude sera établie avec la courbe de rétention d’eau obtenue expérimentalement. Un montage sous translation d’axe constitué d’une cellule de type "Tempe-Cell" et d’un réservoir servant de collecteur sera utilisé. La conductivité hydraulique de sols saturés sera déterminée à partir des modèles statistiques de Marshall, de Kunze, de Millington et Quirk ainsi qu’avec le modèle suggéré par Garcia-Bengochea. Le modèle empirique de Hazen, le modèle semi-empirique de Kozeny-Carman et le modèle semi-empirique de Kozeny-Carman modifiée seront utilisés afin de comparer les résultats obtenus avec les résultats des modèles statistiques. Les résultats de cette étude montrent que la conductivité hydraulique estimée à partir du modèle statistique de Marshall et du modèle suggéré par Garcia-Bengochea représente bien la conductivité hydraulique obtenue expérimentalement des sables granitiques. Une équation pour corriger la conductivité hydraulique estimée pour les sables granitiques à partir du modèle Garcia-Bengochea est aussi suggérée. Basé sur les modèles d’estimation, le modèle Kozeny-Carman modifié basé sur le diamètre passé par 10% des particules estime le mieux la conductivité hydraulique des sols saturés à l’étude.

Les tills compactés sont largement utilisés comme noyau des barrages en remblai dans le Nord québécois. La mise en place en différentes couches successives laisse présager un rapport d’anisotropie (rK) de la perméabilité différent de l’unité. Différents montages expérimentaux sont disponibles dans la littérature pour évaluer l’anisotropie de la conductivité hydraulique sur plusieurs types de sols. Toutefois, ces méthodes présentent deux principaux désavantages : i) le rapport d’anisotropie est évalué sur deux échantillons distincts et ii) la procédure expérimentale peut potentiellement remanier l’échantillon par des manipulations hasardeuses. Dans l’objectif d’améliorer la caractérisation du rapport d’anisotropie des tills compactés, un nouveau perméamètre cubique a été conçu. Cette nouvelle cellule permet de quantifier le paramètre rK dans le domaine saturé ou quasi-saturé, et ce sans démanteler la cellule. Successivement, une percolation verticale et une horizontale sont effectuées sur un même échantillon. Une procédure spéciale a été développée afin de limiter l’écoulement dans les pierres poreuses inactives, i.e. parallèles à l’écoulement. Une solution de gélatine bovine qui est solide à une température inférieure à 30°C est utilisée afin de sceller ces pierres inactives. De l’eau chaude à 60°C permet de chasser cette gélatine sans démanteler la cellule. Un nouvel essai de perméabilité peut ainsi être effectué sur le même échantillon, mais selon une autre direction. Le nouveau perméamètre et la procédure ont permis d’évaluer l’effet de la mise en place et de la teneur en pierre sur rK. Pour une analyse dans le domaine quasi-saturé, le rapport d’anisotropie varie de 3 à 7 pour une mise en place du côté sec de la courbe Proctor. Pour le côté humide, le rapport d’anisotropie est près de l’unité. Cependant, la procédure développée pour des conditions saturées devrait être utilisée pour confirmer ces résultats. En conclusion, un outil intéressant a été conçu pour quantifier le rapport d’anisotropie des tills compactés, une problématique importante pour l’analyse des barrages en remblai. Mots clés: perméabilité, anisotropie, perméamètre cubique, tills compactés, barrage en remblai / Compacted tills are widely use as core of embankment dams in northern Quebec. It is expected that placement method in successive layers may result in a permeability anisotropy different from unity. Various experimental techniques are available to assess the permeability anisotropy for different types of materials. However, these methods have two principal disadvantages: i) the anisotropy rapport is evaluated on separate samples and ii) the experimental procedure could potentially disturb the sample by inappropriate manipulations. In order to improve the characterization of the anisotropy rapport of compacted tills, a new square cell was built. This new cell is able to quantify the anisotropy rapport in both states, saturated and almost saturated conditions. The permeability under vertical and horizontal flow is assessed on a single sample and a new experimental procedure has been developed to minimize preferential seepage paths along the porous stones. Injection of bovine gelatin is used to temporarily seal the porous stones perpendicular to the flow path (unused). Continuous hot water flow is used to extract the gelatin once the permeability testing is done. This new device and procedure have been successfully tested to evaluate the effect of placing method and stone content on the permeability anisotropy of compacted tills. For an analysis in quasi-saturated state, the anisotropy rapport is greater than 3 or 7 for a dry compaction. On the wet side, the anisotropy rapport is close to one. However, the procedure developed in the saturated condition should be used to confirm these results. In conclusion, this project has helped to build a useful tool to quantify the anisotropy rapport of tills, an important issue in the evaluation of embankment dams. Key words: permeability, anisotropy, square permeability cell, compacted tills, embankment dam.

L'étude vise à mieux comprendre l'influence du rapport E/C (eau sur ciment), de l'ouverture de la fissure, de l'âge de la fissuration et de la fréquence des mesures sur la cinétique et les mécanismes à l'origine de la formation des produits de cicatrisation dans le volume d'une fissure. Trois types de mortiers (E/C = 0,35, 0,45 et 0,60) ont été soumis à une fissuration contrôlée à 28 jours et à 6 mois, à l'aide d'un coeur expansif. Pour chaque type de mortier, trois catégories de fissures ont été créées (50 [micro]m « 15 [micro]m, 105 [micro]m « 15 [micro]m, 220 [micro]m « 40 [micro]m). La cinétique de l'autocicatrisation est évaluée à l'aide d'une cellule de perméabilité qui permet de mesurer l'évolution, au cours du temps (2 types des mesures : 1, 3 et 5 mois de conservation à 23[degrés]C et 100% H.R. et 5 mois de conservation dans les mêmes conditions), du débit d'air dans le volume d'une seule fissure.L'autocicatrisation a été quantifiée par ses effets sur les débits relatifs et les ouvertures apparentes relatives exprimées en pourcentage des valeurs initiales mesurées immédiatement après la fissuration. Les ouvertures et les débits relatifs baissent très rapidement durant le premier mois, mais la baisse subséquente (entre 1 et 5 mois) est beaucoup plus faible. Les résultats ont montré que le rapport E/C et l'ouverture initiale de fissure avaient un effet relativement faible sur la quantité de produits d'autocicatrisation dans la fissure. Les effets de l'autocicatrisation sur la baisse du débit d'air sont plus marqués pour des petites fissures (< 105 [micro]m).L'âge de la fissuration et la fréquence des mesures ont un effet relativement faible sur la cinétique d'autocicatrisation, à part pour des grosses fissures (>220 [micro]m). Pour ce type de fissure, l'autocicatrisation est plus importante quand l'âge de la fissuration augmente et que la fréquence des mesures diminue. La refissuration de certaines éprouvettes a permis de montrer qu'une fissure autocicatrisée a encore un potentiel de cicatrisation après une deuxième fissuration. Un MEB (microscope électronique à balayage) a été utilisé pour analyser les produits d'autocicatrisation à 5 mois. Les observations au MEB ont montré la présence de calcite, d'ettringite, de chaux et de C-S-H et ont confirmé que la carbonatation était le mécanisme principal de l'autocicatrisation des mortiers étudiés.

La fissuration dans les matériaux cimentaires est un paramètre clé pour la durabilité des structures. L'impact des fissures sur la longévité est complexe du fait notamment de leur possible évolution durant la vie de l'ouvrage. L'autocicatrisation est un des mécanismes qui influent sur les changements de géométrie et de propriétés de transport dans les fissures. L'autocicatrisation se définit comme le rétablissement de certaines propriétés physiques et mécaniques des matériaux cimentaires placés dans un environnement favorable (température et humidité). Pour accélérer le processus naturel d'autocicatrisation et pour parvenir à cicatriser complètement des fissures larges (largeur d'ouverture > 200 µm), la biocicatrisation semble l'une des méthodes les plus prometteuses. Le principe repose sur le potentiel de certaines bactéries à promouvoir la formation de carbonate de calcium. Leur utilisation au sein du matériau permettrait le colmatage des fissures par la calcite, un produit compatible et durable. L'objectif principal de cette recherche est de mieux comprendre les mécanismes de la biocicatrisation des matériaux cimentaires pour accélérer la cinétique et maximiser l'efficacité du colmatage des fissures relativement importantes. L'approche de biocicatrisation étudiée consiste à imprégner les fissures à l'aide d'un milieu de culture (milieu précurseur) contenant une souche bactérienne adaptée. Ce travail de thèse comporte trois volets : les mécanismes abiotiques de cicatrisation de fissures de mortier, la croissance in vitro de souches bactériennes du genre Bacillus et la biocicatrisation des fissures de mortier. L'étude sur les mécanismes abiotiques porte plus spécifiquement sur l'autocicatrisation naturelle et sur l'influence des précurseurs (urée, lactate de calcium et gluconate de calcium) sur la cicatrisation. L'influence d'une carbonatation initiale des fissures est également évaluée. L'étude de la croissance des bactéries testées vise à sélectionner une souche bactérienne et un milieu de culture permettant de produire une quantité significative de CaCO3 et une croissance bactérienne optimale. L'étude de la biocicatrisation consiste à suivre la cinétique de biocicatrisation de mortiers fissurés préalablement carbonatées et à évaluer l'efficacité du colmatage apportée par ce traitement. Il ressort de ces recherches que le lactate et le gluconate de calcium confèrent une réduction de l'ouverture des fissures fraîches de 70 % et 60 % respectivement, résultant de la formation d'ettringite. Cet effet n'est pas observé sur des fissures pré-carbonatées. Les résultats obtenus sur des fissures pré-carbonatées montrent que le milieu à base de lactate de calcium, de nitrate de calcium et d'extrait de levure, en présence de Bacillus pseudofirmus confère au mortier une capacité de cicatrisation accrue pour des fissures de plus de 200 µm que les phénomènes abiotiques ne peuvent pas colmater. En effet, le taux apparent de cicatrisation obtenu est de plus de 70 % résultant de la formation d'une couche de cicatrisation de plus de 75 µm constituée de calcite mêlée à un biofilm.

Le thème fédérateur de mes travaux de recherche passés et en cours est : la prévention et la prévision de l'impact de sources de pollution sur le sous-sol. Ce thème général a été décliné suivant plusieurs axes de recherche : a) Résolution des équations de bilan de masse décrivant la migration des polluants dans l'eau souterraine, b) Caractérisation des barrières minérales pour le confinement des déchets, c) Comportement des déchets à la lixiviation, d) Prise en compte de l'incertitude dans l'évaluation du risque d'exposition aux polluants du sol.