Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse (M.Ress.Min.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2005. / Bibliogr.: f. [85]-95. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

La présente étude s'est attardée à l'utilisation de semences comme une avenue potentielle pour l'élaboration d'une technique de restauration des plantes vasculaires associées aux bords de mares en tourbières. Dans un premier temps, différents types de lits de semences et de niveaux d'eau ont été évalués quant à leur capacité à favoriser la germination et la croissance de différentes espèces propres à ce milieu. En parallèle, une expérience sur l'effet de différentes conditions d'humidité et de température d'entreposage sur la viabilité des semences a été mise en oeuvre. Les résultats montrent que, malgré la présence de tendances générales, plusieurs espèces possèdent des besoins relatifs à leur germination et leur croissance qui leur sont propres, et des distinctions peuvent être établies pour d'éventuels usages en restauration. Bien que les résultats sur les conditions d'entreposage soient davantage mitigés, il semble néanmoins possible d'entreposer ces semences sur une période de temps relativement longue.

La fonte des semis et la pourriture des racines font partie des maladies céréalières des grandes cultures au Québec. Elles sont causées par deux agents pathogènes, le Fusarium graminearum et le Bipolaris sorokiniana contaminant la semence céréalière, en particulier le blé et l’orge, ce qui entraîne à la fois une baisse de la levée et un rendement moins élevé. Des agriculteurs biologiques tentent de trouver un traitement de semences sans fongicide afin de lutter contre ces champignons, qui sont néfastes pour l’agriculture céréalière. Notre projet a comme objectif d’utiliser l’action oxydative de l’oxygène ou l’ozone humidifié pour engendrer un stress oxydatif afin de diminuer l’impact des deux agents pathogènes responsables de cette maladie, le F. graminearum et le B. sorokiniana, tout en préservant le pouvoir germinatif de ces semences. La dose en agent oxydant, le débit des gaz oxydants (ozone et /ou oxygène) ainsi que le temps d’exposition constituent les paramètres clés à optimiser pour ce traitement oxydatif et la cinétique de germination des graines céréalières traitées. Un tel traitement semblait prometteur pour la semence de blé. Il l’était toutefois un peu moins pour la semence d’orge en raison de son enveloppe assez rigide qui a rendu difficile la pénétration de l’ozone et l’oxygène. Pour remédier à ce problème, nous avons fait des tests préliminaires sur l’orge en utilisant la sonication par ultrasons comme prétraitement de l’orge avant le traitement oxydatif. Les résultats obtenus suggèrent qu’un tel traitement est prometteuret non négligeable afin d’optimiser notre traitement oxydatif et de permettre par la suite de réduire les agents responsables de la maladie sans nuire à la qualité des semences de céréales. Ce point a été abordé dans nos travaux par un test préliminaire sur l’orge, et cette approche s’annonce très prometteuse pour nos recherches futures. / Seedling blight and root rot are part of cereal diseases of field crops in Quebec. They are caused by two pathogens, Fusarium graminearum and Bipolaris sorokiniana, which contaminate the seed grain, especially wheat and barley, which causes both decreased, lift and lower performance. Organic farmers are trying to find a seed without fungicide treatment to fight against these fungi, which are harmful to cereal farming. Our project has as goal to use the oxidative action of oxygen or ozone moistened to cause oxidative stress in order to reduce the impact of the two pathogens responsible for this disease, F. graminearum and B. sorokiniana, while preserving the germinability of the seeds. The dose in oxidizing agent, the flow of oxidizing gases (ozone and/or oxygen) and the time of exposure are key parameters to optimize for this oxidative treatment and germination kinetics treated cereal seed. Such treatment looked promising for the seed of wheat. It was however a little less for the seed of barley because it’s fairly rigid envelope which made difficult the penetration of ozone and oxygen. To remedy this problem, we have preliminary tests on barley using sonication ultrasonic as pre-treatment of barley oxidative pre-treatment. The results suggest that, such treatment is promising and significant in order to optimize our oxidative treatment and subsequently, reduce the causative agents of disease without harming the quality of cereal seed. This point has been addressed in our work by a preliminary test on barley, and this approach looks very promising for our future research.

Les différentes études menées sur la dynamique naturelle du couvert végétal, les propriétés germinatives des semences, le développement du système racinaire et la production grainière aboutissent à une meilleure connaissance d'une quinzaine d'espèces végétales herbacées autochtones. Ainsi, le comportement germinatif des semences de Graminées est contrôlé par une inhibition tégumentaire qui disparaît plus ou moins rapidement en fonction du temps et des conditions de conservation ; les semences des Papilionacées sont dites dures et ne peuvent germer qu'après la fissuration du tégument. En conditions contrôlées et sur le substrat naturel, les vitesses d'enracinements observées vont de 2.2 mm/j pour la Koelérie du Valais à 5.7 mm/j pour le Brome érigé ; elles augmentent lorsque la granulométrie du substrat est plus fine. En outre, les Poacées favorisent la production de matière racinaire alors que les Papilionacées favorisent la production de matière aérienne. Les simulations de pluie sur micro-parcelles et le suivi du fonctionnement érosif de 2 ravines élémentaires végétalisées et instrumentées montrent l'importance de la couverture végétale quant à la réduction des matériaux transportés. La faisabilité de la végétalisation des marnes noires de la Durance est démontrée.

Le modèle SIMPLE prévoit les levées de différentes cultures. Il comporte un module de prévision des levées sous croûte empirique, basé sur l'observation de levées de betterave sucrière dans un réseau de parcelles pour un type de sol de limons argileux. Ce module est donc assez sommaire bien qu'efficace et l'objectif de ce travail était de pouvoir étendre les prévisions à d'autres conditions de semis et pour d'autres cultures (types de lits de semences, types de sols, différentes caractéristiques des semences) étant donné l'importance des problèmes de levée liés au développement de croûtes à la surface des lits de semences de différentes cultures. Nous avons entrepris de caractériser les types de franchissement des plantules (pénétration, rupture et passage par fissure) au champ face à différents types de croûtes pour des cultures de printemps (betterave, lin et haricot) et d'automne (blé). Nous avons caractérisé sur ces mêmes parcelles la dynamique de formation des croûtes pour les différents états initiaux des lits de semences (granulométrie, humidité au semis) en fonction des pluies cumulées depuis le semis, en complétant les observations de nos deux campagnes d'expérimentation par celles acquises sur un essai de longue durée. Les croûtes ont été caractérisées par leur faciès, leur épaisseur et leur résistance à la pénétration. Des quantités de pluies cumulées, allant de 11 mm pour des lits de semences fins et secs à 27 mm pour des états de surface grossiers ont été mises en évidence pour obtenir la formation de croûtes structurales, qui suffisent déjà à pénaliser les levées si elles se dessèchent. Des expérimentations complémentaires ont été menées au laboratoire pour obtenir sous simulateur de pluie et caractériser des stades plus avancés de croûtes non observés au cours des deux années d'expérimentation au champ. Nous avons quantifié l'évolution du réseau de fissures se formant en fonction du degré de dégradation et des alternances humectation-dessication. Ces données ont permis de paramétrer et tester des modèles géométriques d'apparition de fissures. Les forces exercées par les plantules et leurs variations au cours du temps en fonction de la masse, des variétés et des espèces étudiées ont été mesurées avec des capteurs de force au laboratoire. Les différents éléments acquis par ces expérimentations ont permis d'élaborer un module intégrant des facteurs de variations non pris en compte jusqu'alors pour prévoir la formation d'une croûte et les levées. Ce module intègre des états initiaux de lits de semences variés (structure et teneur en eau), des cumuls de pluie différenciés aboutissant à des stades successifs de formation de la croûte. A chaque type de croûte est associé une distribution de résistances caractéristique. Pour chaque plantule arrivant à la surface, sa force maximum est tirée au sort dans une distribution puis diminue avec l'âge de la plantule. Cette valeur est confrontée jour après jour à la résistance du matériau via un coefficient qui permet d'établir si la plante passe ou reste bloquée. Ce coefficient résulte d'un ajustement aux données observées. Il a été établi sur la betterave, culture pour laquelle les données les plus nombreuses et précises étaient enregistrées. Les premières simulations réalisées à l'aide de ce nouveau module indiquent l'importance des effets des états du lit de semences initiaux sur les taux de levées. L'effet de différences de forces dues aux masses des semences est plus limité mais non négligeable dans certaines situations. On a ensuite testé la possibilité de l'utiliser pour prévoir la levée d'autres cultures, dont la force avait été mesurée. L'extension à d'autres espèces donne des résultats encourageants mais nécessite un travail supplémentaire. La possibilité d'utiliser différents paramètres mesurés au laboratoire sur le sol pour pouvoir adapter le modèle proposé à d'autres types de sol est discutée.

L’agriculture française, pérennisant un objectif d’après-guerre selon les critères d’efficacité alors admis, a été guidée par la recherche d’une plus grande productivité. Cette orientation favorisée par la politique agricole commune et par la mondialisation des marchés, a été généralement celle des États à fort potentiel agricole, notamment en Europe, la France y jouant un rôle moteur. Cette évolution a été accompagnée et favorisée par l’innovation scientifique et technologique sous la triple impulsion de l’autorité publique, du monde agricole et des groupes industriels qui en ont été les premiers promoteurs. L’innovation scientifique dans les domaines de la protection des plantes et de la qualité des végétaux a rendu nécessaire une implication croissante de l’autorité publique face aux alertes d’acteurs de la protection environnementale et sous l’impulsion de courants d’opinion largement montés en puissance. L’essor d’une législation nationale relayée depuis vingt ans par une réglementation européenne foisonnante, visant à assurer un compromis entre sûreté alimentaire et sécurité sanitaire, protection de l’environnement et progrès industriel, conduit à faire un état des lieux et à s’interroger sur l’existence d’un système cohérent gouvernant aujourd’hui le droit applicable aux cultures et à leur conduite sur le territoire français, à s’interroger sur l’existence de lignes juridiques directrices de l’innovation scientifique en matière agricole végétale et sur l’éventualité de limites qu’elle peut rencontrer. Cette thèse a pour objet « les droits français et européen à l’épreuve de l’innovation scientifique en matière agricole végétale ». / French agriculture, which perpetuated an after-war objective of established efficiency criteria, was guided by the search for a greater productivity. This direction, promoted by both the Common Agricultural Policy and the globalisation of the markets, was mostly driven by States with strong agricultural potentials, especially France playing a leading role. This evolution was guided by scientific and technology innovations, carried by three initial promoters: the public authorities, the agricultural sector and industrial groups. Scientific innovations, in an effort to protect the plants and improve the quality of vegetables, triggered a growing involvement of public authorities which faced alerts from environmental activists and increasing public opinion on the matter. The expansion of a national legislation has been followed up over the last twenty years by a growing European regulation. The latter aims at establishing a compromise between health and food safety as well as protecting the environment and industrial progress. It also questions the coherence of the existing legal framework for agricultural crops applied to the French territory, the current legislation on scientific innovations for plant agriculture and it's possible limits. This thesis deals with 'The French and European Law Facing Scientific Innovation for Plant Agriculture'.

Chaque année en France, les semenciers sont contraints de déclasser plus de 10 000 tonnes de semences. Ces semences sont actuellement incinérées dans des cimenteries au frais des semenciers et non valorisables dans des procédés de valorisation des agro-ressources, compte tenu de leur teneur non négligeable en pesticides. Par conséquent, il apparaît nécessaire de réduire, dans un premier temps, la quantité de produits phytosanitaires présents dans les enrobages avant de pouvoir valoriser ces semences déclassées.L’objet de cette thèse consiste donc à développer un outil permettant de décomposer une grande partie des produits phytosanitaires présents sur les enrobages par ozonation. Dans un premier temps, une méthode d’extraction par liquide pressurisé a été développée pour la quantification des produits phytosanitaires présents sur les enrobages avant et après ozonation. Cette méthode d’extraction a été validée et a permis de déterminer, par la suite,l’efficacité du traitement d’ozonation sur les semences enrobées.Ensuite, afin d’évaluer l’efficacité d’un traitement à l’ozone, deux pesticides présents dans la solution d’enrobage Gaucho Blé® -l’imidaclopride et le bitertanol- ont été ozonés, en solution aqueuse dans un réacteur agité. Les deux produits ont été dégradés complètement en moins de 30 minutes et la loi cinétique de leurs réactions d’ozonation a montré que l’ordre partiel de la réaction a été de 1 pour l’ozone et pour le pesticide. Les produits de dégradation,formés au cours de l’ozonation, ont aussi été analysés par spectrométrie de masse ESI(+)-MSet la structure de la plupart des produits de dégradation a été déterminée. Un schéma des différentes voies de dégradation de l’imidaclopride et du bitertanol a pu être proposé.Enfin, l’ozonation des pesticides a été étudiée sur les semences de blé tendre enrobées avec la solution de Gaucho Blé® dans un réacteur à lit fixe. L’humidification des grains avant ozonation, la concentration en ozone dans le gaz et la durée de traitement ont semblé être les facteurs importants pour accélérer la cinétique de dégradation des pesticides dans les enrobages. Les pesticides ont été dégradés (respectivement 99 et 90 % de dégradation pour l’imidaclopride et le bitertanol). La loi cinétique de la réaction d’ozonation de l’imidaclopride et du bitertanol a présenté des ordres partiels égaux à 1 pour l’ozone et pour le pesticide. Ce procédé a ensuite été appliqué à d’autres types de semences enrobées et s’est avéré efficace sur tous les principes actifs étudiés. Enfin, les semences enrobées ont été ozonées dans un réacteur prototype (réacteur à plateau vibrant) dans lequel tous les pesticides étudiés ont été dégradés mais à des taux de dégradation plus faibles qu’en réacteur à lit fixe. / Every year in France, seed producers must downgrade more than 10,000 tons of seeds. These seeds are currently incinerated in cement factories at seed producers’ expenses and non available for the processes of valorization of renewable resources, due to their significant pesticide content. Consequently, in the first step, the quantity of pesticides present in the seed loading must be reduced before a subsequent valorization of the downgraded seeds. The purpose of this PhD work is thus to develop a process for the decomposition of a large amount of the pesticides present in the seed loading. First, an extraction procedure by pressurized liquid was developed for the quantitation of phytopharmaceuticals present on the loading before and after the ozonation. This extraction method was validated and enabled to determine, subsequently, the efficiency of the ozonation process on the loaded seeds. In the second time, in order to evaluate the efficiency of an ozonation treatment, both pesticides present in the Gaucho Blé® seed loading solution – imidacloprid and bitertanol – were ozonated, in aqueous solutions in a stirred reactor. Both compounds were completely decomposed in 30 minutes and the kinetic law for the ozonation of both compounds displayed a partial order of 1 for ozone and 1 for the pesticide. Degradation products, formed during the ozonation, were analyzed by mass spectrometry ESI(+)-MS and the structure of most of the compounds was characterized. Degradation pathways for imidacloprid and bitertanol were thus proposed. Finally, the ozonation of pesticides were applied to soft wheat seeds loaded with Gaucho Blé® loading solution, in a fixed bed reactor. The humidification of seeds before ozonation, the concentration of ozone in the inlet gas and the ozonation time were the predominant factors to accelerate the kinetic of degradation of pesticides in the seed loadings. The pesticides were successfully decomposed (respectively 99 and 90 % for the degradation of imidacloprid and bitertanol). The kinetic laws for the ozonation reactions of imidacloprid and bitertanol were determined and the partial orders of the reaction were 1 for both ozone and the pesticide. This process was then applied to the treatment of other loaded seeds and showed good degradation rates for all the studied pesticides. Subsequently, the loaded seeds were ozonated in a prototype reactor equipped with a dynamic plate in which all the pesticides were decomposed but with lower degradation rates than in a fixed bed reactor.

La qualité germinative (vigueur) des semences est un caractère agronomique majeur. Elle correspond à la capacité d'un lot de semences à germer de façon rapide et homogène dans une large gamme de conditions environnementales. Cette qualité germinative est notamment contrôlée par une interaction antagoniste entre deux phytohormones, l'acide abscissique (ABA) qui induit et maintient la dormance et les gibbérellines (GAs) qui stimulent la germination et la croissance de la plantule. La dormance, qui correspond à un blocage physiologique de la germination, est un paramètre non souhaitable d'un point de vue agronomique. Par conséquent la compréhension de la régulation hormonale sur la qualité des semences représente un intérêt fort pour la communauté scientifique mais aussi pour les acteurs de la filière "semences". De nombreuses études ont démontré l'existence d’une importante régulation de la synthèse des protéines au cours de l’imbibition des graines. Cette régulation traductionnelle contribuerait à la mise en place des programmes métaboliques différents en fonction de l’état physiologique des semences pour maintenir un état de dormance ou initier le processus de germination.Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse s’est concentré à apporter des éléments nouveaux sur le rôle de l’ABA dans la détermination de la qualité physiologique des semences au cours du développement de la graine et au cours de la germination. L’impact de l’ABA a été particulièrement décortiqué à l’aide de mutant d’Arabidopsis thaliana présentant des teneurs en ABA endogènes contrastées. Par une approche multi-omique combinant des analyses transcriptomiques, protéomiques et métabolomiques, nous avons étudié les mécanismes moléculaires et biochimiques associées avec la mise en place de la qualité physiologique des semences en relation avec l’ABA. Nos résultats ont montré qu’au-delà du contenu en ABA, l’origine tissulaire de cette hormone dans les graines gouverne de nombreux réarrangements métaboliques qui participent au déterminisme de la profondeur de dormance et de la vigueur germinative. Il apparaît un lien entre l’ABA et l’activité traductionnelle, étroitement associé au métabolisme énergétique et à l’homéostasie RedOx.L’effet de l’ABA sur l’activité traductionnelle a été suivi par une adaptation des méthodes SILAC (stable-isotope labelled amino acids in cell culture) aux grains d’Arabidopsis. Cette technique a été utilisée pour décrire la dynamique du protéome dépendante du contenu en ABA des graines au cours de leur imbibition. Nos résultats montrent que cette approche originale permet d’enrichir les connaissances sur la biologie fondamentale des semences. En effet, nous avons montré que l’ABA est un régulateur clé de la synthèse protéique dans les graines et est un contributeur majeur dans la mise en place des différents programmes traductionnels. Cette approche a montré que l’ABA exerce un contrôle sur la traduction de plus de 400 ARNm au cours de l’imbibition des graines et ouvre de nouvelles pistes pour la compréhension de la régulation de la synthèse protéique chez les semences et chez les plantes. Ces données générées offrent un nouveau regard sur le processus germinatif et de sa régulation par l’ABA.Sur la base des données existantes au laboratoire et celles générées au cours de cette thèse, nous avons également développé une utilisation de bio-marqueurs pour l’évaluation de la qualité des semences et nous avons mis au point des traitements de semences innovants. Ces technologies ont été développé en accord avec les attentes des industriels de la filière « semences ». La récente obtention d’un financement pour ce projet de recherche appliquée démontre la complémentarité des recherches effectuées au sein du laboratoire avec les besoin des industriels de la filière « semences ». / Germination vigor is a main concern in agriculture. High seed vigor is defined as the capacity of a seed lot to germinate rapidly, uniformly and in a wide range of environmental conditions. Seed quality is controlled by a dynamic balance between two antagonistic hormones, abscisic acid (ABA), which induces and maintains dormancy and gibberellins (GAs), which stimulate seed germination and seedling establishment. Seed dormancy corresponds to a block to the completion of germination and is an undesirable characteristic from an agronomic point of view. Thus, investigation of seed quality toward a better understanding of hormonal regulation is of fundamental concern for scientific community and seed industry.Recent studies have highlighted the intensive regulation of protein synthesis during seed germination. Translational regulation would govern the implementation of different metabolic programs during seed imbibition in order to maintain seed dormancy or to initiate the germination process. In this thesis, we explore the role of ABA in the control of germination quality during seed development and seed germination, using Arabidopsis thaliana mutant displaying contrasted ABA content.By combined “omic” approaches, we have highlighted the impact of ABA level on metabolic rearrangements during seed maturation. Our results showed that ABA origin in the seeds governs many metabolic rearrangements controlling dormancy depth and germination vigor. In addition, the present work suggests an intimate linkage between translational activity and ABA content, in association with energetic pathways and redox homeostasis.The impact of ABA on proteome turnover during seed germination was studied by adapting a metabolic labeling of neosynthesized proteins based on SILAC methods (stable isotope labelled amino acids in cell culture) to Arabidopsis seeds. Our results suggest that ABA is a key regulator of protein synthesis and modulates metabolic changes during seed imbibition. Indeed, this novel approach has highlighted that ABA controls the translation of more than 400 mRNAs during seed imbibition. This work provides an original perspective on the contribution of ABA and mRNA translation in seed germination and provides a valuable basis for further investigation of translational regulation in seeds and in plants.Based on existing data and those generated during this thesis, we also developed innovative seed treatments and new biomarkers for seed quality assessment. Recent funding for a maturation program dedicated to improve these biotechnologies demonstrates that our research meets the needs of seed industry.

Jatropha curcas L. est une espèce trouvée dans presque toutes les régions tropicales. Ces graines contiennent de l’huile qui convient à la production de biodiesel et par conséquent, elle a reçu un intérêt mondial en tant que source de biocarburant. Cependant, à ce jour Jatropha curcas n’a pas atteint son plein potentiel. Outre son utilisation pour la production de biodiesel, le développement d’autres sous-produits de graines de Jatropha comme la cire s’ajoute à la valeur économique de cette plante. Cependant, aucune étude détaillée n’a été apportée sur le rendement en cire de graines de Jatropha et ses utilisations dans la production de biopesticide. La présente étude a révélé que le rendement en cire de graines de Jatropha par les méthodes d’extraction utilisant le n-hexane, l’eau bouillante et l’azote liquide, était de 0,11%, 0,03% et 0,02%, respectivement. L’analyse des thermo grammes DSC par calorimétrie différentielle à balayage montre que la cire extraite par l’hexane est plus complexe indiquant la présence de plusieurs composés différents, comparée aux cires obtenues par les deux autres méthodes. Ceci est en accord avec les résultats obtenus au microscope électronique par balayage qui montrent moins de cire sur la surface et l’intérieur de graines de Jatropha traitées à l’hexane par rapport aux deux autres solvants. Le test biologique exploratoire effectué a révélé que les extraits cireux devraient posséder une certaine propriété biocide. Ils induisaient 100 % de mortalité des larves de stade 4 de Choristoneura fumiferana à une concentration de 20%. / Jatropha curcas L. is a species found in almost all tropical regions. The seeds of Jatropha curcas contain oil that is suitable for biodiesel production and therefore has received global interest as a source of biofuel. However, so far Jatropha curcas has not reached its full potential. In addition to its use for biodiesel production, the development of other Jatropha seed by-products such as wax will add to the economic value of this plant. No detailed studies have been conducted on Jatropha seed wax performance and its uses in biopesticide production. The present study revealed that the wax yield of Jatropha seeds was 0.11%; 0.03% and 0.02% respectively for extraction methods using n-hexane, boiling water and liquid nitrogen. Differential scanning calorimetry analysis of the DSC thermograms shows that wax extracted with the hexane is more complex indicating the presence of several different compounds, compared to the waxes obtained by the other two methods. This is in agreement with the scanning electron microscope results which show less wax on the surface of hexane-treated Jatropha seeds compared to the other two solvents. The exploratory biological test carried out revealed that the waxy extracts should have some biocidal property. They induced 100% mortality of stage 4 Choristoneura fumiferana larvae at a concentration of 20%.