L'industrie de la protection du bois est actuellement en pleine révolution, motivée par de nombreuses pressions visant à protéger l'environnement et la santé publique. Plusieurs pistes sont actuellement explorées dont certaines proposent d'employer des produits issus de la biomasse. La pyrolyse peut répondre à ce problème en fournissant une huile à fort contenu phénolique issue de résidus forestiers, actuellement peu valorisés et pouvant présenter certains risques environnementaux. L'objet de la présente étude est donc de vérifier le potentiel d'une résine à fort contenu d'huile pyrolytique dans un rôle de préservation du bois en évaluant les performances dans trois grands domaines d'importance : la résistance au lessivage, la résistance face à la dégradation fongique et l'impact du traitement sur les propriétés mécaniques. L'étude est complétée par une étude rhéologique de la résine afin d'optimiser les processus d'imprégnation et de cuisson. Il a été observé que le lessivage d'un additif, le chlorure de cuivre, a été grandement diminué par l'imprégnation du bois par les différentes résines, les résultats, en termes de pourcentage de rétention, dépassant même ceux d'un produit actuellement commercialement employé. De même, les résultats en termes de protection contre les divers champignons de pourriture employés ne sont pas significativement différents de ceux obtenus avec les contrôles industriels. Les propriétés mécaniques du bois traité en deux étapes avec le sel de cuivre et la résine phénol-formaldéhyde - huile pyrolytique sont davantage affectées par la concentration en sel inorganique absorbé que par la présence de l'huile, effet davantage visible avec le module de rupture. Sinon, les échantillons sont similaires aux contrôles non traités. L'étude rhéologique a mis en lumière le comportement de type Bingham des mélanges phénol-formaldéhyde - huile de pyrolyse à température d'imprégnation, permettant de fournir des équations prédictives. L'accélération de la cuisson suite à l'ajout de chlorure de cuivre aux résines a également été démontrée par les tests rhéologiques, celui-ci ayant un impact plus important sur les résines contenant de l'huile pyrolytique. / The wood preservation industry is currently in revolution, motivated by strong environmental and public health concerns. Many paths are being explored to find interesting substitutes to the traditional preservatives, with many derived from biomass. Pyrolysis can provide a high phenol content oil obtained from forest residues, currently not valorized and presenting potential environmental impacts. The object of the present study is thus verifying the potential of a high pyrolytic oil content resin for a wood preservation rule by evaluating its performance in three broad areas of importance: leaching reduction, fungal decay resistance and the treatment impact on the treated wood mechanical properties. The study is completed by a rheological study of the resins to optimize the impregnation and curing processes. It has been observed that the leaching of an additive, copper chloride, was significantly reduced after the wood impregnation by the various resin formulations. The results, in terms of retention percentages, even surpassed those of a currently commercialized product. The reduction of weight loss by fungal decay fungi were also found to be similar to the results obtained with industrial controls. The mechanical properties of wood samples treated in a two-step treatment with a copper salt and the phenol-formaldehyde - pyrolytic oil resin are more importantly affected by the concentration in inorganic salt absorbed than by the presence of pyrolytic oil, the effect being more apparent on the rupture modulus. Otherwise, most treated samples were found to be similar to the untreated wood samples. The rheological study shed light on the Bingham nature of the phenol-formaldehyde - pyrolytic oil blends in the range of impregnation temperatures, allowing for predictive equations to be developed. The curing was found to be accelerated by the addition of copper chloride to the resins containing pyrolytic oil was also proven by the rheological tests.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2018

L’encrassement est un problème majeur qui affecte l’efficacité des procédés de filtration. Dans l’industrie laitière, le dépôt de constituants laitiers et le développement de biofilms sont les principaux responsables de l’encrassement des membranes. Comme la formation de biofilms est influencée par les propriétés de la surface des membranes, la sélection du matériau membranaire est un paramètre qui peut affecter l’adhésion de bactéries et la formation de biofilms. Ainsi, l'influence des propriétés de surface (hydrophobicité, potentiel zeta et rugosité) de divers matériaux (PES, PVDF, PAN) sur la performance et l’aptitude à l’encrassement des membranes a été évaluée lors de l'UF de lait et de lactosérum à 50 °C. Il a été montré que pour tous les matériaux, la résistance est globalement plus élevée lors de l'UF de lactosérum, mais que le PVDF présente la plus grande résistance irréversible lors de l'UF de lait et de lactosérum. Ces variations de résistance sont principalement attribuées à l'encrassement de la membrane par les constituants laitiers, car les résultats montrent que le nombre estimé de bactéries n’est significativement pas différent entre les trois différentes membranes. D’autre part, lors de l'UF de lactosérum, il a été montré que la rugosité de la surface des membranes affecte la diversité des communautés bactériennes adhérées aux membranes. En effet, après 20 h d'UF de lactosérum, plus de 5,04 log₁₀/cm² de bactéries sporulantes ont été dénombrées sur les membranes les plus rugueuses (PAN et PVDF) comparativement à 0,18 log₁₀/cm² sur la membrane la plus lisse (PES). Ainsi, l'utilisation d'une surface plus lisse combinée à une durée de filtration plus courte sont des éléments importants à envisager afin de réduire le nombre de bactéries sporulantes dans les systèmes de filtration et le nombre de spores bactériens dans les ingrédients du lactosérum. / Fouling of filtration membranes is a major issue affecting the efficiency of filtration processes. In the dairy industry, fouling is initiated by the deposition of dairy constituents, but also by the development of bacterial biofilms on filtration membranes. Since the formation of biofilms is primarily influenced by the surface properties, the membrane material selection may represent an important parameter to enable membrane fouling and bacteria adhesion. The influence of membrane surface properties (hydrophobicity, zeta potential and roughness) of various materials (PES, PVDF, PAN) was evaluated on both filtration performance and biofouling behavior during UF of milk and whey at 50 °C. The membrane resistance due to fouling was globally higher during whey UF, and the PVDF material had the highest irreversible resistance during both dairy fluids UF. These variations in resistance were mainly attributed to chemical fouling since no significant difference was observed when microorganisms are quantified through 16S rRNA gene copy numbers found on membranes. According to a metabarcoding approach, the membrane material did not influence the biofilms composition on membranes used for milk UF, mainly composed of water-associated bacteria. On the other hand, during whey UF, the membrane surface roughness clearly affected the bacterial diversity observed on it. Indeed, after 20 h of whey UF, more than 5.04 log₁₀ spore-forming bacteria per cm² were found on the roughest membranes (PAN and PVDF) compared to 0.18 log₁₀ per cm² on the smoothest type (PES). Thus, the use of a smoother surface combined with shorter filtration duration, may help the dairy industry to reduce the occurrence of persistent spore-forming biofilms in filtration systems and the number of bacterial spores in whey ingredients.

Les évidences observationnelles suggèrent une association entre la consommation de produits laitiers et une diminution du risque de diabète de type 2. Néanmoins, les études cliniques demeurent controversées, probablement en raison de la grande variabilité interindividuelle en réponse aux produits laitiers. De plus, très peu d’études utilisent des biomarqueurs objectifs pour évaluer la consommation de produits laitiers. L’analyse sérique des profils de métabolites avec la métabolomique pourrait être une stratégie intéressante d’identification de biomarqueurs de la consommation de produits laitiers et ainsi, améliorer la précision des évaluations nutritionnelles dans les études cliniques. L’objectif global de ce mémoire est d’observer l’effet d’une consommation augmentée de produits laitiers sur les différents paramètres glycémiques et insulinémiques associés au diabète de type 2, de même que sur les profils métabolomiques chez des sujets hyperinsulinémiques. De plus, un objectif spécifique est d’évaluer la réponse interindividuelle en réponse aux produits laitiers. La réalisation d’un essai randomisé en chassé-croisé entrepris auprès de 27 adultes hyperinsulinémiques suggère qu’une consommation de ≥4 portions/jour de produits laitiers pendant 6 semaines n’affecte pas les différents paramètres glycémiques et insulinémiques comparativement à ≤2 portions/jour. Néanmoins, augmenter à ≥4 portions/jour la consommation de produits laitiers semble accentuer la résistance à l’insuline comparativement à avant l’intervention. Toutefois, une grande variabilité dans la réponse interindividuelle fut remarquée pour la résistance à l’insuline, suggérant qu’une consommation augmentée de produits laitiers pourrait être favorable ou défavorable selon les individus. De plus, une consommation de ≥4 portions/jour affecte les profils de métabolites de façon distincte à ≤2 portions par jour, suggérant une signature de métabolites spécifique au nombre de portions consommées. Davantage d’études de longue durée tenant compte de la variabilité interindividuelle et utilisant des biomarqueurs objectifs sont requises afin d’identifier les individus qui pourraient réellement bénéficier d’une augmentation de leur consommation produits laitiers pour prévenir le diabète de type 2. / Observational evidences suggest an association between dairy product intake and a reduced risk of developing type 2 diabetes. However, results from clinical studies remain controversial, notably due to large interindividual variability in response to dairy products. Further, clinical studies using objective dietary biomarkers to assess dietary intake are missing. Serum metabolite analysis using metabolomics could be a novel strategy to identify new biomarkers of dairy product intake and thus, improving accuracy of nutritional evaluations in clinical studies. The main objective of this research was to observe the effects of increased dairy product intake on type 2 diabetes related risk factors such as glycemic and insulinemic parameters, along with metabolomic profiles in hyperinsulinemic subjects. Interindividual variability in response to dairy products was also assessed as a specific objective. Results from a cross-over randomized controlled trial undertaken among 27 hyperinsulinemic adults suggest that consuming 4 servings or more of dairy products daily for 6 weeks does not affect glycemic and insulinemic parameters compared to a standard intake of dairy products (2 servings or less per day). Yet, increasing dairy intake to 4 servings or more per day increased insulin resistance compared with baseline values, without affecting insulin secretion of β-cells function. However, large inter-individual variability in response to dairy products was denoted for insulin resistance, suggesting that higher intake of dairy products might be unfavorable or beneficial depending on the individual. Further, consuming 4 servings or more of dairy products daily affected serum metabolomic profiles distinctly from consuming ≤2 servings per day, suggesting specific metabolite signature to increased dairy product intake. Additional long-term trials studying interindividual variability and using objective biomarkers of dairy intake are required to identify which individuals may really benefit from increasing dairy intake to prevent type 2 diabetes.

Devant le constat que le système alimentaire dominant ne permettait ni de contribuer à la santé des individus ni à celle de la planète, plusieurs chercheurs ont tenté d'identifier des choix et des habitudes alimentaires qui favorisent la santé des individus, qui sont justes et qui se font à l'intérieur des limites écologiques planétaires. La territorialisation des systèmes alimentaires est vue comme une avenue intéressante pour répondre à ces enjeux. L'adoption d'une alimentation locale est parfois promue par le biais des recommandations nationales en matière de saine alimentation de certains pays dans une visée de durabilité. Même s'il n'y a pas de définition communément acceptée, l'alimentation locale réfère habituellement soit à une proximité géographique, c'est-à-dire une faible distance entre le mangeur et le lieu de production et/ou à une proximité sociale, c'est-à-dire le moins d'intermédiaires possible entre le mangeur et le producteur. Pourtant, l'adoption d'une alimentation locale semblerait timidement influencer la qualité de l'alimentation des individus dans la littérature. De surcroît , l'alimentation locale au Québec n'est pas systématiquement durable. Notamment, une alimentation locale n'a pas nécessairement un impact environnemental plus faible et n'est ni nécessairement plus abordable, lorsque comparée avec une alimentation typique. Cependant, l'adoption d'une alimentation locale pourrait capter des considérations socioéconomiques et culturelles d'une alimentation durable. Comme la provenance est un facteur important dans la sélection des aliments au Canada et qu'aucun outil de mesure applicable à de larges cohortes n'existe pour le moment au Québec, l'objectif de ce mémoire est de développer et valider un questionnaire bref pour mesurer le comportement d'approvisionnement en aliments locaux. Le questionnaire bref final, le Locavore-I-SF, comprend douze questions et mesure la fréquence d'utilisation des marchés publics et des paniers hebdomadaires, l'autoproduction ainsi que l'origine géographique de trois légumes, soit la laitue, la carotte et la tomate. Les résultats obtenus dans le processus de validation ont permis de valider l'hypothèse émise initialement soit qu'il est possible de mesurer le comportement d'achat local avec un questionnaire bref. Ce questionnaire sera utile pour documenter les associations entre le comportement d'achat en aliments locaux et la qualité de l'alimentation. Éventuellement, il pourra être inclus dans les projets de recherche qui vise à documenter la durabilité de l'alimentation au Québec. / Given the realization that the dominant food system does not contribute neither to the people's health nor the planet's, several researchers have tried to identify food choices and habits that promote the health of individuals, that are fair and that are made within the planetary environmental boundaries. The territorialization of food systems is seen as an interesting avenue to address these issues. The adoption of a local diet is sometimes promoted through national dietary guidelines from a sustainability perspective. A local diet is often referred either to a geographical proximity, short distance between the consumer and the producer, or a relational proximity, direct relation between the consumer and the produce, or both. However, eating local food appears to have little impact on people's overall diet quality in the literature. Furthermore, in Quebec, a local diet is not necessarily more sustainable than an average diet according to its environmental impact and its financial accessibility. But, eating local food, more precisely choosing food that allow to bring consumers and producers closer together, could capture socio-economic and cultural considerations of a sustainable diet. Since locally produced food is an important factor in food choice in Canada and no measurement tool applicable to large cohorts exists at that time, the objective of this dissertation is to develop and validate a brief questionnaire to measure local food procurement. The final short questionnaire, the Locavore-I-SF, comprises 12 questions that measure the frequency of short food supply chain use (self-production, farmers' market and community supported agriculture box scheme) for three locally produced foods (carrot, tomato and lettuce) as well as the geographical origin of those three foods. Good reliability and acceptable validity metrics measured in this study allowed us to confirm our initial hypothesis that it is possible to measure local purchasing behavior with a short questionnaire. This questionnaire will be useful to document the associations between local food eating and overall diet quality. Eventually, it could be included in research projects that aim to document the sustainability of diet in Quebec.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 septembre 2023) / Les entreprises forestières déploient beaucoup d'effort pour optimiser le processus de planification de leurs activités afin de devenir plus efficaces. Cependant, pour utiliser les avancées technologiques à leur plein potentiel, il est nécessaire d'avoir une planification de la production adaptée aux besoins du marché et qui tienne compte de toutes les contraintes. Au Québec, environ 92% des forêts sont publiques, c'est-à-dire qu'elles sont gérées par l'État. Le gouvernement répartit les peuplements forestiers entre les différentes entreprises exploitantes et leur fourni des informations sur la ressource attribuée. Les entreprises ont ensuite la responsabilité de planifier leurs activités de récolte. L'exercice consiste principalement à décider du moment de la récolte et à associer les peuplements à la bonne usine de transformation. Or, les données utilisées pour ce type de décision ne sont pas assez précises, ce qui constitue une source constante d'incertitude lorsqu'on tente de définir ce qui est disponible dans la forêt. Le manque de précision n'affecte pas seulement la planification de la récolte, mais aussi les activités de planification de chaque partie de la chaîne d'approvisionnement. Pour réduire l'impact sur l'efficacité globale, les entreprises auront tendance à conserver des niveaux élevés de stocks, malgré le coût que cela peut occasionner. Il existe également une absence de coordination entre l'opération de récolte et la production de produit du bois, en particulier le bois d'œuvre. Même s'il est techniquement possible d'ajuster la récolte du bois brut afin de répondre à la planification de la production de la scierie, cela peut être très coûteux pour l'équipe d'exploitation. De plus, malgré le fait que l'investissement dans une technologie d'acquisition de données ou un mécanisme de coordination puisse être considérable, le bénéfice d'un point de vue global a été prouvé. L'objectif de ce projet de thèse est de développer des outils de planification et de coordination qui puissent aider à prendre de meilleures décisions de transport et de production en situation d'incertitude. Pour atteindre un tel objectif, la première étape est de développer une méthode pour quantifier et classifier la qualité des données. Le résultat sera le point de départ pour modéliser et intégrer l'incertitude dans les activités de planification afin d'évaluer comment son inclusion peut affecter le système par rapport à celui où elle n'est pas prise en compte. Comme le projet de thèse est un système décentralisé, des mécanismes de coordination seront testés pour éviter que l'amélioration au début de la chaîne ne se dégrade entre les unités de la chaîne. Enfin, un cadre décisionnel combinera les résultats et servira d'aide à la prise de décision en présence de différents niveaux d'incertitude. La recherche se concentre sur un sujet relativement peu étudié dans la littérature, qui affecte toutes les entreprises forestières, l'incertitude des données décrivant la ressource. Il existe plusieurs causes de variation dans la chaîne d'approvisionnement forestière, mais l'incertitude générée par un manque de qualité des données peut être quantifiée et incluse dans le processus de planification. Peu de travaux se sont intéressé à telle approche. D'un point de vue pratique, le projet permettra de tester une stratégie de planification et de coordination qui donnera aux entreprises des lignes directrices pour mieux se préparer à l'incertitude et ainsi améliorer la performance de leur système. / Forest companies put a lot of effort to optimize the planning process of their activities to become more efficient. However, to use technological advancement to its full potential, it is necessary to have a production plan to prescribe the best strategy to harvest, transport, store, produce and distribute wood products while adapting to the market's needs. In Quebec, around 92% of the forests are public, which means they are managed by the state. The government allocates the forest stands between the different exploiting companies and gives them information about the assigned resource. The companies then have the responsibility to plan their harvesting activities. The exercise mainly consists in deciding when to harvest and associating the stands with the right sawmill. Still, the data used for this kind of decision are rarely precise, which induces a constant source of uncertainty when trying to define what is available in the forest. This will affect the harvesting and planning of every supply chain activity. To reduce the impact on overall efficiency, companies will tend to keep high levels of inventory despite the costs. There also exists an absence of coordination between the harvesting operation and the production of wood products, such as softwood lumber. Even if it is technically possible to harvest rough wood (in the form of trees) to conform to the sawmill production planning, it can be costly for the exploitation team to make the needed adjustments. The benefits of investing in data acquisition technologies or coordination mechanisms are not necessarily obvious to a company, yet, from a global point of view it has been demonstrated that the extra cost can be recovered with the right approach. The objective of the thesis is to develop planning and coordination tools that can help make better transport and production decisions under uncertainty. To achieve this goal, the first step is to develop a method to quantify and classify data quality. The result is then the starting point to model and integrates uncertainty into planning activities. This allows seeing how including it can affect the system compared to when it is not considered. Since the subject of the thesis is a decentralized system, coordination mechanisms are tested to prevent the improvement at the beginning of the chain from degrading between business units. Finally, a decision-making framework will combine the findings and act as support to make decisions when subject to different levels of uncertainty. The research focuses on a relatively little-studied topic in the literature, which affects all forest companies, the uncertainty of the data describing the resource. There are many causes for variation regarding the forest supply chain, but the uncertainty generated by a lack of data quality can be quantified and included in the planning process. In the practical sense, the project will allow testing planning and coordination strategies which will give companies guidelines to be better prepared for the uncertainty and thus improve their profitability.

La forêt représente une source avantageuse et renouvelable de matières premières, en nourrissant notamment les activités de production, de construction et de consommation tout en assurant une dynamique économique. Ainsi, l’industrie forestière se caractérise par un réseau logistique complexe soumis à un ensemble de particularités dont un besoin de plus en plus criant en personnalisation du produits, une demande méconnue et incertaine pour certains marchés et une concurrence mondiale en effervescence. Ce réseau est composé par un ensemble de nœuds inter-reliés de flux de matières, d’informations et de transactions financières. Dans ce contexte, cette thèse traite la problématique de la planification et du contrôle des activités logistique d’une chaîne de valeur forestière. Il s’agit d’un réseau qui rassemble les activités nécessaires pour le déplacement des matières premières et leur transformation en produits finis destinés aux clients afin de satisfaire leurs besoins. Notre contribution à travers ce projet est de développer des modèles de planification permettant aux preneurs de décision d’interagir de façon à mieux collaborer, coordonner leurs activités et améliorer leurs manières d’échanger l’information afin de satisfaire la demande du client, développer un avantage concurrentiel durable, et réduire les coûts. Pour que l’industrie forestière puisse atteindre de tels objectifs, nous proposons une méthodologie composée par trois contributions. La première contribution propose un modèle mathématique centralisé dont l’objectif est de maximiser le profit total d’une chaîne de valeur forestière et de déterminer certains paramètres de décision tels que les volumes à récolter et à stocker ainsi que les quantités à livrer. La deuxième contribution présente le développement de modèles coordonnés de même qu’une analyse de performance théorique et statistique de façon à dégager une approche qui permette de planifier et de contrôler plus efficacement les activités d’approvisionnement forestier. La troisième contribution propose une stratégie conceptuelle de mise en place ainsi qu’une plate-forme technologique pour une approche de pilotage considérée bénéfique dans le cadre de la chaîne de valeur forestière à l’étude. / The forest is a beneficial and renewable source of raw materials that ensures an economic dynamic. Thereby, the forest industry is characterized by a complex logistics network that is subject to a number of unique factors, such as: a growing need for customization of products, an unrecognized and uncertain demand for a few markets, and fierce global competition. This industry also encompasses a set of interconnected nodes for materials, information, and financial transactions. In this context, this thesis deals with the planning and control of the logistic activities of a forest value chain. It is a network that puts together the needful activities to move the raw materials and process them into finished products for customers. Our contribution through this project is to establish planning models that enable decision-makers to better coordinate their activities and improve their ways of exchanging information between each other in order to meet customer needs, build sustainable competitive advantage, and reduce costs In order to help the forest industry to achieve such objectives, we propose a methodology including three contributions. The first one suggests a centralized mathematical model then maximizes the total profit of a forest value chain by optimizing the quantities to be harvested and stored as well as the ones to be delivered. The second contribution is based on coordinated models that allow for more effective planning and control of forestry supply activities. The third contribution offers a conceptual implementation strategy and at the same time a technological platform which should be helpful to support the implementation of the coordination models developed.

Les trihalométhanes (THM) et les acides haloacétiques (AHA) constituent les seules familles réglementées de sous-produits de la désinfection (SPD). Les SPD sont des composés issus de la réaction de la matière organique naturelle présente dans l’eau et du désinfectant lors du traitement de l’eau potable. La plupart de ces composés ne sont pas réglementés, même si plusieurs études ont montré que certains SPD peuvent présenter un risque toxicologique plus important que les THM et les AHA. De nos jours, très peu d’informations sont disponibles sur l’occurrence des SPD non-réglementés dans l’eau potable, en particulier dans les petits réseaux municipaux. Paradoxalement, les petits réseaux approvisionnés en eau de surface ont souvent des difficultés à mettre en place des traitements adéquats pour enlever les précurseurs de SPD dans l’eau soumise à la désinfection. L’eau potable des petits réseaux est ainsi plus vulnérable aux SPD et leur suivi y est d’autant plus important. Cette thèse s’est donc consacrée à améliorer les connaissances sur l’occurrence des SPD (et en particulier, les SPD non-réglementés) dans les petits réseaux de distribution d’eau potable, en étudiant notamment leur évolution spatiale et temporelle. Pour ce faire, deux campagnes d’échantillonnage ont été réalisées sur deux ans (entre 2010 et 2012) dans 25 petits réseaux du Québec et de Terre-Neuve-et-Labrador. Les THM, les AHA et trois autres familles de SPD non-réglementés, à savoir les haloacétonitriles, les halonitrométhanes et les haloacétones, ont été étudiés. Les résultats obtenus ont permis de mieux comprendre leur patron de variabilité spatio-temporelle, de modéliser leur présence et de développer un outil d’aide à la décision pour la mise en place d’une stratégie de suivi des SPD réglementés et non-réglementés. / Trihalomethanes (THMs) and haloacetic acids (HAAs) constitute the only regulated disinfection by-products (DBPs) in various countries. DBPs are compounds formed during drinking water treatment, from the reaction between natural organic matter and the disinfectant. Most DBPs are not regulated, even if they may have more pronounced toxicological effects than regulated ones. There is currently very little information about the occurrence of non-regulated DBPs, particularly in small water systems (SWS). Paradoxically, in many cases, SWS supplied by surface waters lack adequate treatment processes to remove DBP precursors in water subjected to the disinfection process. Their tap water may be more vulnerable to the presence of DBPs. This thesis is dedicated to improving the knowledge of the occurrence of DBPs (especially non-regulated DBPs) in SWS by studying their spatial and temporal variability. To do that, two sampling programs were carried out in 25 SWS during two years (between 2010 and 2012) in Canada. Small systems in the provinces of Newfoundland & Labrador and Quebec were considered. The following DBPs were measured during the study: THMs, HAAs, haloacetonitriles, haloketones and halonitromethanes. The obtained results contribute to a better understanding of the DBP spatio-temporal variation patterns, to establishing models to evaluate their levels and to developing decision-making schemes for simultaneously monitoring various families of DBPs, including non-regulated DBPs.

Mémoire ou thèse en cotutelle / L'électrodialyse (ÉD) est largement utilisée dans diverses industries, y compris l'industrie alimentaire (pour la désacidification des jus de fruits et du vin, la déminéralisation du lactosérum, etc.). Cependant, les membranes utilisées dans le traitement des solutions alimentaires sont souvent sujettes au colmatage. Le colmatage, dépôt de différentes espèces sur la surface ou à l'intérieur du matériau, dégrade considérablement les performances et la durée de vie des membranes, ce qui conduit à la nécessité de leur remplacement et de leur nettoyage régulier. À cet égard, la formation de dépôts à la surface des membranes entraîne une augmentation du coût de l'ensemble du procédé d'électrodialyse (ÉD). La détermination des moyens pour réduire le colmatage est une problématique réelle, en particulier dans l'industrie alimentaire, qui traite des solutions complexes. Cette thèse consistait à déterminer la contribution du débit de la solution dans la cellule d'ÉD à l'échelle laboratoire, ainsi que des modes de courant électrique sur la cinétique de colmatage protéique (formation de dépôts protéiques) des membranes bipolaires (MB) lors du traitement d'électroacidification par ÉD de solutions laitières. La nouveauté scientifique et l'originalité du travail tiennent au fait qu'à notre connaissance, il n'y a jamais eu d'évaluation de l'effet combiné du débit de solution et d'utilisation de régimes de champ électrique pulsé (CÉP), alternant des impulsions de courant et des pauses (courant égal à zero), sur cette cinétique de colmatage . De plus, dans le cadre de cette étude, un modèle mathématique a été développé, pour la première fois, afin de tenter de décrire la cinétique de formation et de dissolution des dépôts de protéines au cours du processus d'ÉDMB. L'objectif principal de la première étape de la thèse était de déterminer l'effet du débit de solution et du mode de courant électrique sur la cinétique de colmatage protéique des membranes lors du procédé d'électrodialyse à membranes bipolaires du lait écrémé. Deux modes de courant électrique ont été utilisés : le mode de courant traditionnel, à savoir le courant continu (CC) et le CÉP. Un seul régime d'impulsion-pause de CÉP a été étudié, dans lequel 10 s d'impulsion alternaient avec 50 s de pause. De plus, cinq débits différents de solution ont été testés et correspondant aux nombres de Reynolds (Re) suivants : 162, 242, 323, 404 et 485. Les résultats obtenus en mode CÉP ont été comparés aux données obtenues en mode CC sur une même base de nombre de charges transportées pendant l'expérience. Des dépôts de protéines sur la couche échangeuse de cations de la membrane bipolaire (MB) en mode CC ont été trouvés, quel que soit le débit de solution appliqué. Les résultats ont montré que l'utilisation de CÉP empêchait presque complètement la formation de colmatage protéique sur la surface de la MB, quel que soit le débit de la solution dans le canal de la cellule d'ÉD. Il a ainsi été démontré que la minimisation du colmatage est principalement liée à l'utilisation de CÉP en comparaison avec l'augmentation du débit de solution. L'objectif de la deuxième étape du projet était d'optimiser le régime actuel de CÉP afin de minimiser davantage le colmatage des protéines sur la surface de la MB. Dans cette partie du travail, l'effet combiné du débit de la solution et de différents régimes d'impulsion-pause de CÉP a été étudié sur la quantité de protéines déposée durant le processus d'ÉDMB d'une solution modèle de caséinate de sodium. Ainsi, trois débits (correspondant à des nombres de Reynolds de 187, 374 et 560) pour la solution d'alimentation et quatre régimes d'impulsion-pause (avec des rapports Ton/Toff égaux à 10 s-10 s, 10 s-20 s, 10 s-33 s et 10 s-50 s) ont été évalués à une densité de courant de 5 mA/cm². Un colmatage protéique a été observé sur la couche échangeuse de cations de la MB dans toutes les conditions expérimentales considérées, et cela quels que soient le régime de courant et le débit de solution. Il a cependant été constaté que l'augmentation du temps de pause et du débit de la solution de caséinate avaient un impact positif sur la minimisation du colmatage protéique à la surface cationique de la MB. Une pause longue et un débit élevé ont contribué à une diminution plus efficace de la concentration de protons et d'anions caséinates à la surface de la MBP: Une diminution de 87 % de la quantité de colmatage de la membrane a été obtenue avec 50 s de temps de pause en CÉP et un débit correspondant à Re = 374. Une augmentation supplémentaire du temps de pause en CÉP (au-dessus de 50 s) ou du débit (au-dessus de Re = 374) n'a pas entraîné de diminution significative de la quantité de colmatage. La dernière étape du travail a été la modélisation mathématique du processus à l'étude afin de mieux comprendre le mécanisme d'attachement et de croissance du colmatage au cours de l'ÉDBM. Dans cette partie du projet, un modèle unidimensionnel d'ÉDBM d'une solution de caséinate de sodium a été développé. Il est basé sur l'équation de Nernst-Planck sous la condition d'électroneutralité locale. Le modèle prend en compte le transfert de 6 espèces ioniques (Na⁺, K⁺, H⁺, Cl⁻, OH⁻ et anions caséinate (Cas⁻)), ainsi que des molécules non chargées de caséine, qui précipitent (HCas⁰). La géométrie du modèle cible la surface de la couche échangeuse de cations de la MB d'un côté et le volume de la solution agitée de l'autre. Les paramètres hydrodynamiques du système sont pris en compte à travers l'épaisseur de la couche de diffusion. Le modèle développé permet le calcul des concentrations ioniques dans la solution traitée et décrit qualitativement la cinétique de colmatage des protéines à la surface de la MB. Il a ainsi été montré qu'une augmentation du temps de pause en CÉP entraîne une diminution de l'épaisseur des dépôts protéiques en surface. Les meilleurs résultats en termes de minimisation des dépôts ont été obtenus pour le régime de CÉP de 10 s-50 s, ce qui est cohérent avec les résultats expérimentaux obtenus précédemment. Le plus grand effet anticolmatant a été obtenu avec une durée d'impulsion de courant de 10 s et une pause de 50 s en combinaison avec un nombre de Reynolds de 560. La combinaison optimale du mode de courant et paramètre hydrodynamique a réduit la masse du dépôt de caséine à la surface de la MB de 78 % par rapport au régime de CÉP de 10 s-10 s combiné avec un nombre de Reynolds de 187. Les résultats obtenus dans cette thèse de doctorat ont démontré pour la première fois les impacts du mode hydrodynamique dans la cellule d'ÉD, du mode de courant électrique ainsi que du régime de courant en CÉP sur la cinétique de colmatage dans la cellule d'ÉDBM lors de l'électroacidification de solutions laitières. De plus, le modèle développé a permis de prédire qualitativement la quantité de dépôt à la surface de la membrane en fonction du débit (nombre de Reynolds) et de la combinaison impulsion/pause de CÉP appliqués. Les perspectives futures du travail sont la transition vers un système d'ÉD semi-industriel, l'utilisation d'autres types d'espaceurs, l'utilisation de membranes modifiées avec une hétérogénéité géométrique, le test d'autres modes impulsion-pause de CÉP. De plus, concernant la modélisation, le modèle développé pourrait être amélioré en passant par un système bidimensionnel, prenant en compte les molécules protéiques chargées positivement, ainsi que la présence d'un espaceur dans le canal d'acidification/déminéralisation. / Electrodialysis (ED) is widely used in various industries, including food industry (for deacidification of fruit juices and wine, demineralization of whey, etc.). However, membranes used in the processing of food solutions are often prone to fouling due to the solution complexity. Fouling, deposition of different species on the surface or inside the material, significantly degrades the performance and lifetime of membranes, leading to their regular replacement and cleaning. Hence, the formation of deposits on the surface of membranes leads to an increase in the cost of the entire electrodialysis (ED) process. The determination of ways to decrease fouling is a main actual concern, especially in the food industry, which treats complex solutions. This PhD thesis consisted in determining the contribution of the flow rate of the solution in an ED cell at laboratory scale, as well as of the electric current modes on the protein fouling kinetics (formation of protein deposits) on bipolar membranes (BPM) during electroacidification by ED of milk solutions. The scientific novelty and originality of the work are based on the fact that, as far as we know, there have been no assessments of the combined effect of both solution flow rate and use of pulsed electric field (PEF) regimes, in which CC pulses alternate with pauses (zero current), on such protein fouling kinetics. Also, within the framework of the study, a tentative mathematical model was developed, for the first time, to allow to describe the formation and dissolution kinetics of protein deposits during EDBM process. The main objective of the study at the first stage of the thesis was to determine the effect of solution flow rate and electrical current mode on the protein fouling kinetics on membranes during the process of electrodialysis with bipolar membranes of skim milk. Two electrical modes of current were used: the traditional mode of current, namely continuous current (CC) and PEF. One PEF regime was studied, in which 10 s of pulse lapse alternated with 50 s of pause. Additionally, five different flow rates of solution were tested corresponding to the following Reynolds numbers (Re): 162, 242, 323, 404, and 485. The results obtained in the PEF mode were compared with the data obtained in the CC mode with respect to the same number of charges transported during the experiment. Protein deposits on the cation exchange layer of the BPM using CC were found, regardless of the solution flow rate applied. However, the use of PEF allows to prevent the protein fouling formation on the BPM surface almost completely, regardless of the solution flow rate in the channel of the of ED cell. Furthermore, it has been shown that the use of PEF has the main effect in terms of fouling minimization compared to the effect of increasing solution flow rate. The objective of the thesis at the second stage of the project was to optimize the PEF current mode to further minimize protein fouling on the BPM surface. During this stage, the combined effect of solution flow rate and different PEF regimes on the amount of protein deposit during EDBM of a model sodium caseinate solution was investigated. To achieve this objective three different flow rates of the feed solution (corresponding to Reynolds numbers of 187, 374 and 560) and four different pulse-pause regimes (Ton/Toff ratios equal to 10 s-10 s, 10 s- 20 s, 10 s-33 s and 10 s-50 s) during EDBM treatment were evaluated at a current density of 5 mA/cm². Protein fouling was observed on the cation-exchange layer of BPM for all the experimental conditions considered, regardless of the PEF regime and the solution flow rate. It was found that increasing both pause duration and caseinate solution flow rate had a positive impact on protein fouling minimization occurring on the BPM cationic surface. A long pause associated with a high flow rate contribute to a more effective decrease in the concentration of protons and caseinate anions at the BPM surface: a very good membrane performance was achieved with 50 s of pause duration of PEF and a flow rate corresponding to Re = 374 (decrease in the amount of fouling by 87%). A further increase in PEF pause duration (above 50 s) or flow rate (above Re = 374) did not lead to a significant decrease in the amount of fouling. The next step of the work was the mathematical modelling of the process under study for better understanding the mechanism of fouling attachment and growth during EDBM. In this part of the project, a one-dimensional model of EDBM for sodium caseinate solution was developed. It is based on the Nernst-Planck equation under the local electroneutrality condition. The model takes into account the transfer of 6 ionic species (Na⁺, K⁺, H⁺, Cl⁻ , OH⁻ and caseinate anions (Cas⁻)), as well as uncharged molecules of casein, which precipitate (HCas⁰). The geometry of the model is the surface of the BPM cation-exchange layer on the one side and the volume of the stirred solution on the other. The hydrodynamic parameters in the system are taken into account through the diffusion layer thickness. The developed model allows the calculation of the ionic concentrations in the system and to qualitatively describe the kinetics of BPM protein fouling. It has been shown that an increase in the pause duration of PEF leads to a decrease in the thickness of the protein deposits at the BPM surface. The best results in terms of deposit minimization were achieved under the 10 s-50 s PEF regime, which is consistent with the experimental results obtained earlier. The greatest positive antifouling effect was achieved with a current pulse duration of 10 s and a pause of 50 s in combination with Reynolds number of 560. The synergistic combination of optimal current and hydrodynamic modes reduced the mass of casein deposits on the surface of the BPM by 78% compared to the 10 s-10 s PEF regime in combination with Reynolds number of 187. The results obtained in this Ph.D. thesis demonstrated for the first time the impact of the hydrodynamic parameter in the ED cell, the mode of electric current and the PEF regime on fouling kinetics in the process of EDBM of dairy solutions. Additionally, the developed model makes it possible to qualitatively predict the amount of deposit on the membrane surface depending on the flow rate (the Reynolds number) in the desalination compartment and PEF regime applied. The main perspectives of the work are the transition to a semi-industrial ED system, use of other types of spacers, use of modified membranes with geometric heterogeneity, testing of other pulse-pause modes of PEF. Regarding the modeling, the developed model could be improved, namely to transit to a two-dimensional system, taking into account positively charged protein molecules, as well as the presence of a spacer in the acidification/desalting channel.

Malgré la popularité du procédé de métallurgie des poudres (PM) pour la fabrication de composants de forme quasi finale, un nombre important de pièces PM nécessitent des opérations d'usinage pour la conformité géométrique. Cependant, la présence de porosité dans la microstructure typique des pièces PM affecte fortement négativement leur comportement à l'usinage, nécessitant ainsi l'utilisation d'additifs pour l'améliorer. L'additif idéal améliorant l'usinabilité serait celui qui, en plus d'augmenter considérablement l'usinabilité, est chimiquement neutre, rentable et n'a aucun effet néfaste sur les propriétés mécaniques. Sur la base de ces critères, des travaux ont été menés pour étudier et comparer l'effet de l'ajout de différents activateurs d'usinabilité, contenant du MnS, du MnS revêtu de Ni, du MoS$_2$, du Cu$_2$S, du BN, du CaF$_2$ et du MgSiO$_3$ sur la réponse d'usinage de pièces de type FC-0208. Les performances de ces additifs ont été caractérisées en termes d'usinabilité, de propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion et comparées aux propriétés des échantillons ne contenant pas d'additif, c'est-à-dire FC-0208. Les résultats ont indiqué que l'ajout d'additifs améliorant l'usinage à la composition du FC-0208 avait un effet néfaste marginal sur les propriétés mécaniques, sauf dans le cas du BN. De plus, la dissociation des particules de MoS$_2$ et la dissociation partielle des particules de Cu$_2$S au cours du processus de frittage ont été confirmées. La caractérisation de l'usinabilité a indiqué que l'ajout de MoS$_2$ et Cu$_2$S améliorait la réponse d'usinabilité des pièces tandis que CaF$_2$ et MgSiO$_3$ n'affectaient pas l'usinabilité des pièces FC-0208 et même dans certains cas, elle était aggravée. Bien que les résultats aient confirmé la grande efficacité des particules de MnS pour augmenter l'usinabilité des pièces PM, elles ont eu un effet néfaste à la fois sur le tournage à la vitesse de 243 smm et sur le perçage. / Despite the popularity of the powder metallurgy (PM) process for manufacturing near-netshape components, a significant number of PM parts require machining operations for geometrical conformance. However, the presence of porosity in the typical microstructure ofPM parts greatly negatively affects their machining behavior, thereby requiring the use of additives to improve it. The ideal machinability-enhancing additive would be one that, on top of considerably increasing machinability, is chemically neutral, cost-effective, and has no detrimental effect on mechanical properties.Based on these criteria, work was carried out to investigate and compare the effect of addition of different machinability enhancers, containing MnS, Ni-coated MnS, MoS$_2$, Cu$_2$S, BN, CaF$_2$, and MgSiO$_3$ on the machining response of the FC-0208 PM parts. The performances of these additives were characterized in terms of machinability, mechanical properties, and corrosion resistance and compared with the properties of the samples containing no additive,i.e., FC-0208. The results indicated that the addition of machining enhancers to the composition of FC-0208 had a marginal detrimental effect on mechanical properties, except in the case of BN. Moreover, the dissociation of MoS$_2$ particles and partial dissociation of Cu$_2$S particles during the sintering process were confirmed. Machinability characterization indicated that addition of MoS$_2$ and Cu$_2$S improved the machinability response of the workpieces while CaF$_2$ and MgSiO$_3$ did not affect the machinability of FC-0208 workpieces and even in some cases, it was worsened. Although the results confirmed the high effectiveness of MnS particles in increasing the machinability of PM parts, it had a detrimental effect in both turning at the speed of 243 smm and drilling.