Les larves de mouches soldat noires (Hermetiaillucens, HI) sont une source alternative de protéines et d’énergie pour l’alimentation du bétail. De nombreux aspects liés à l’optimisation des procédés de transformation pour assurer l’innocuité, la conservation et la qualité nutritionnelle de ce nouvel ingrédient sont cependant encore peu connus. Cette étude vise à optimiser les techniques de conditionnement et de séchage des larves pour réduire efficacement leur contenu en eau et leur charge microbienne, afin d’établir les paramètres de transformation en une farine de larves respectant les exigences de l’Agence canadienne d’inspection des aliments, tout en minimisant les impacts négatifs sur la qualité nutritionnelle. Après 10 jours d’alimentation sur une diète de contrôle Gainesville à 27°C et 70% d’humidité, les larves de mouches HI ont été récoltées par immersion, rincées à l’eau stérile, emballées sous vide pour être congelées, et ainsi euthanasiées, à -40°C (n=3 productions). Après décongélation, des aliquotes de 30g/traitement (n= 3) ont été prétraitées, ou non, par blanchiment (100°C/40s), ébouillantage (100°C/2, 4, 6 et 8min) ou perforées mécaniquement avant d’être séchées à air chaud (60°C) ou lyophilisées (40°C) jusqu’à une activité de l’eau finale ≤ 0,3 pour la farine de larve. La qualité microbiologique des larves a été évaluée par dénombrement incluant les aérobes mésophiles totaux (AMT), Pseudomonasspp., Listeriaspp., les bactéries lactiques présomptives, les entérobactéries et les coliformes. L’impact des techniques de séchage sur les propriétés physicochimiques et nutritionnelles a été déterminé par la couleur (L*, a*, b*, ∆E), le pH des larves avant et après transformation, l’oxydation des lipides (TBARS, Xylénol Orange) ainsi quela teneur en lipides et en protéines. Nos analyses ont montré que la contamination initiale des larves en AMT (9 log ufc/g de larves fraîches sur base sèche) pouvait être réduite de l’ordre de 3 à 4 log ufc/g après prétraitement suivi d’un séchage à air chaud (60°C). L’ébouillantage pendant 4min à 100 °C suivi d’un séchage à l’air chaud à 60 °C pendant 6h se sont avérés être les paramètres à suivre pour un traitement optimal. La présence d’une cuticule recouverte de cires, qui réduit la déshydratation chez les larves vivantes, pourrait bien constituer un frein notable à l’évaporation lors du séchage. / Black soldier fly larvae (Hermetia illucens; BSFL) are an alternative source of protein and energy for livestock feeding. Many aspects related to process optimization to ensure the safety, conservation and nutritional quality of this new ingredient are still unknown. The presence of a wax-coated cuticle, to reduce drying of the larvae, constitutes a barrierto evaporation. The purpose of this study was to optimize larval conditioning and drying techniques to effectively reduce their water content and microbial load in order to establish the processing parameters into larval meal required by the Canadian Food Inspection Agency while minimizing negative impacts on nutritional quality. After 10 days of feeding on a Gainesville control diet at 27°Cand 70% moisture, BSFL were collected by sieving, they were rinsed with sterile water, packaged under vacuum, frozen at -40°C (n=3 replicates). After thawing, aliquots of 30g/treatment (n=3) were pretreated, or not, by blanching (100°C for 40s), boiling (100°C for 2, 4, 6 or 8 min) or mechanically perforated before being hot-air dried (60°C) or freeze-dried (40°C) until a final water activity ≤0.3 was obtained for the larval meal. The microbiological quality of the larvae was assessed by enumeration of total aerobic mesophilic (AMT), Pseudomonasspp., Listeriaspp., presumptive lactic acid bacteria, Enterobacteriaceae and coliforms. The impact of drying techniques on physicochemical and nutritional properties have been evaluated using colour (L*, a*, b*), larval pH before and after processing, lipid oxidation (xylenol orange, TBARS) and proximal composition including lipid and protein levels. The results demonstrate that the initial larvae contamination (9logCFU/g AMT of fresh larvae on dry basis) was reduced by 3 to 4 log CFU/gafter a pre-treatment followed by hot air drying (60°C); 4min boiling at 100°C followed by hot air drying at 60°C for 6h was found to be the optimal treatment parameter.

Les capteurs basés sur la lumière structurée codée prennent une ampleur grandissante dans le domaine de la numérisation 3D. Ce type de capteur permet une numérisation plus rapide de la surface d'un objet comparativement aux capteurs laser ou aux systèmes de palpage (i.e. numérisation avec contact). De plus, les capteurs fonctionnant par la projection d'une seule trame offrent la possibilité de numériser des scènes en mouvement, ce qui est un avantage indéniable sur la majorité des capteurs commercialisés depuis quelques années. Le projet de recherche traité dans ce mémoire a été réalisé dans le cadre du développement d'un capteur basé sur la lumière blanche structurée, conçu par l'équipe de vision 3D du Laboratoire de Vision et Systèmes Numériques de l'Université Laval. Un tel capteur utilise un projecteur afin de projeter un patron de lumière codée sur la scène. Ce patron se déforme au contact de la surface et sa réflexion est captée par une caméra. Cette déformation permet de déduire la profondeur de la surface et ainsi calculer la position de points 3D représentant la surface de l'objet. Le rôle de ce mémoire est de développer et implanter un algorithme de segmentation d'images qui a comme objectif d'extraire le patron de la scène. Les images acquises par le capteur sont traitées en utilisant une approche basée sur les arêtes pour détecter les primitives contenue dans le patron. Chacune de ces primitives encode un symbole formant un mot codé. Le but de l'algorithme est donc de déterminer la position et l'étiquette (i.e. la valeur du symbole) associées à ces primitives. L'apparence de la scène complique cette tâche, car les propriétés de la surface (e.g. texture, déformations géométriques, type de matériaux) peuvent interférer avec la réflexion du patron. Par exemple, un objet de couleur foncée réfléchira très peu la lumière projetée, tandis qu'une surface géométriquement complexe déformera le patron, pouvant rendre les symboles flous et difficiles à détecter. La robustesse de l'algorithme face à ces défis est analysée et nous soulevons les limitations d'une telle approche de segmentation.

But : Évaluer la prévalence subjective de la péri-implantite ainsi que les différentes méthodes de traitements utilisées par les dentistes, spécialistes ou non, du Québec. Les facteurs de risques potentiels de la péri-implantite ont aussi été observés. Matériel et méthode : Pour accomplir cette étude clinique transsectionnelle, un questionnaire électronique anonyme, réalisé à l’Université Laval, a été envoyé à environ 3000 dentistes du Québec. Celui-ci portait sur leur profil de pratique, leurs connaissances en dentisterie implantaire ainsi que sur leur expérience et approche vis à vis le traitement des cas de péri-implantites. Résultats : La prévalence subjective de la péri-implantite au Québec, telle que rapportée par les dentistes de la province, serait d’approximativement 10 %. Pour ce qui est des facteurs de risque, l’accumulation de plaque et une histoire antérieure de parodontite sont les plus fréquemment mentionnés. Aussi, les techniques de gestion des cas les plus souvent citées sont, mis à part le renforcement de l’hygiène, le contrôle de l’occlusion ainsi que l’utilisation de rince-bouches ou de gels antimicrobiens. Les parodontistes ainsi que les chirurgiens maxillofaciaux, de leur côté, auraient davantage recours aux traitements chirurgicaux que les dentistes généralistes et les prosthodontistes. Conclusion : Cette étude suggère une prévalence subjective de la péri-implantite au Québec similaire à celle observée dans de nombreuses autres études. Toutefois, une grande variabilité a été observée quant aux facteurs de risque perçus par les dentistes ainsi qu’aux modalités de traitement. L’accent devrait donc être placé sur la sensibilisation et la prévention des désordres péri-implantaires, tant au niveau universitaire que professionnel. / Objective : The purpose of this study was to assess the subjective prevalence of peri-implantitis as well as its management by dentists, specialists or not, residing in the province of Quebec. The potential risk factors of peri-implantitis were also observed. Methods : To accomplish this cross-sectional study, an anonymous electronic survey, conducted at Laval University, was sent to approximately 3,000 dentists in Quebec. The survey consisted of 3 different sections, namely their general practice profile, implantation profile and their experience with the management of peri-implantitis. Results : Quebec dentists reported a subjective prevalence of peri-implantitis of approximately 10 %. Moreover, the most frequently reported risk factors were an accumulation of plaque and a previous history of periodontitis. Finally, the principal treatment modalities cited by dentists, apart from strengthening hygiene, were the control of occlusion and the use of antimicrobial mouth rinses or gels. Periodontists and oral and maxillofacial surgeons would favour a surgical approach more frequently than prosthodontists and general dentists. Conclusion : This study reveals a subjective prevalence of peri-implantitis in Quebec similar to that observed in several other studies. However, a large variability was observed with regard to the perceived risk factors and the management of the disease. Emphasis should therefore be placed on awareness and prevention of peri-implant diseases, both at the academic and professional level.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 avril 2024) / Cette thèse de doctorat s'intéresse aux effets bénéfiques de la neurostimulation non-invasive du système corticomoteur dans la maladie de Parkinson (MP), chez des patients (études cliniques) et des primates non-humains (études précliniques, modèle de la MP). La MP, caractérisée par la présence de symptômes moteurs et non-moteurs, résulte de la perte des neurones dopaminergiques nigrostriataux, ce qui altère les boucles des ganglions de la base avec le thalamus et le cortex, et entraîne une hypoactivation corticale. Le traitement pharmacologique le plus utilisé est la L-3,4-dihydroxy-phénylalanine (L-Dopa), qui présente des effets secondaires, notamment, le développement de mouvements anormaux involontaires appelés dyskinésies induites par la L-Dopa (LID). Ces LID résulteraient de la combinaison de la dégénérescence des neurones dopaminergiques et de l'absorption chronique de L-Dopa, entrainant une signalisation au sein de la boucle corticale-ganglions de la base-thalamo-corticale inappropriée et une hyperactivation corticale. La pharmacologie visant à réduire les LID est associée à d'autres effets secondaires invalidants. C'est pourquoi des approches non pharmacologiques sont étudiées, telles que la stimulation magnétique répétitive transcrânienne (rTMS) ou périphérique (rPMS des muscles) et la stimulation transcrânienne électrique par courant direct (tDCS). Toutes ces approches influencent la plasticité corticale et le contrôle moteur. Les rTMS et tDCS sont dites *top-down* et la rPMS est dite *bottom-up*, i.e., via les voies sensorielles lemniscales qui incluent les connexions thalamo-corticales. Les protocoles excitateurs tels que la stimulation à la fréquence thêta intermittente (iTBS) pour la rTMS et la tDCS anodique (a-tDCS), induisent une augmentation de l'excitabilité corticale et pourraient être utilisés, en l'absence de LID, pour activer le cortex moteur primaire (M1). Les protocoles inhibiteurs tels que la stimulation à la fréquence thêta continue (cTBS) pour la rTMS et la tDCS cathodique (c-tDCS) induisent une diminution de l'excitabilité corticale et permettraient, en présence de LID, de réduire l'hyperactivation du M1. L'objectif de cette thèse de doctorat était d'étudier l'effet de ces approches pour réduire les symptômes moteurs, non-moteurs et les LID, et explorer l'influence de ces techniques sur la plasticité du M1. Une revue de la littérature a permis de faire le point sur les connaissances concernant l'utilisation de la TBS et de la tDCS dans la MP, dont les résultats ont, entres autres, fait état de l'importance du statut pharmacologique dans les études de neurostimulation. Le premier chapitre de cette thèse porte sur une participante atteinte de la MP depuis dix ans, mais non-médicamentée, et sur les effets de iTBS par rTMS et rPMS sur les symptômes moteurs et la fonction au quotidien, sans l'interférence de la L-Dopa. Le protocole comprenait quatre combinaisons testant l'effet placebo, de rTMS + rPMS, de rTMS seule et rPMS seule. Les symptômes et la fonction motrice se sont améliorés au cours des quatre séances, accompagnés de changements de l'excitabilité de M1. Dans le second chapitre, l'étude d'un groupe de patients avec la MP et sous L-Dopa, évaluait l'effet de a-tDCS avec rPMS sur les symptômes et la fonction motrice. Trois protocoles, chacun administrés pendant cinq jours, testaient l'effet du placebo, de a-tDCS seule et de a-tDCS+rPMS. Les symptômes et la qualité de vie se sont améliorés accompagnés de variations neurophysiologiques de M1. Le troisième chapitre chez un modèle animal de la MP, explorait l'effet de trois protocoles sur les LID et les symptômes moteurs. Les protocoles étaient combinés avec véhicule ou L-Dopa. Le premier incluait deux séances de cTBS, le second, une séance de c-tDCS et le troisième, cinq séances de c-tDCS. Avec le véhicule, la cTBS a diminué les scores parkinsoniens comparativement au placebo ou le véhicule seul. Avec la L-Dopa, deux séances de cTBS ont diminué les LID sans affecter les effets antiparkinsoniens de la L-Dopa, une séance de c-tDCS n'a eu aucun effet et cinq séances de c-tDCS ont réduit brièvement les LID mais aussi la durée des effets de la L-Dopa. L'ensemble de ces résultats justifient d'autres études pour approfondir les connaissances et compléter l'exploration des effets de la neurostimulation non-invasive pour réduire les symptômes moteurs, non-moteurs et les LID, et supportent que les changements de M1 reflètent la plasticité cérébrale à l'origine de l'amélioration clinique même des années après le diagnostic initial. Les bénéfices cliniques rapportés encouragent le développement de traitements non pharmacologiques possibles à associer à la L-Dopa. / This doctoral thesis investigates the beneficial effects of non-invasive neurostimulation of the corticomotor system in Parkinson's disease (PD), in patients (clinical studies) and non-human primates (preclinical studies, PD model). PD, characterized by the presence of motor and non-motor symptoms, results from the loss of nigrostriatal dopaminergic neurons, which alters the loops of the basal ganglia with the thalamus and cortex, leading to cortical hypoactivation. The most widely used pharmacological treatment is L-3,4-dihydroxy-phenylalanine (L-Dopa), which has side effects including the development of involuntary abnormal movements known as L-Dopa-induced dyskinesias (LIDs). These LID are thought to result from a combination of degeneration of dopaminergic neurons and chronic L-Dopa intake, leading to inappropriate signaling within the cortical-basal ganglia -thalamo-cortical-loop and cortical hyperactivation. Pharmacology aimed at reducing LID is associated with other disabling side effects. This is why non-pharmacological approaches are being investigated, such as repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) or peripheral magnetic stimulation (rPMS of muscles) and transcranial direct current stimulation (tDCS). All these approaches influence cortical plasticity and motor control. rTMS and tDCS are said to be top-down, while rPMS is said to be bottom-up, i.e., via lemniscal sensory pathways that include thalamo-cortical connections. Excitatory protocols such as intermittent theta frequency stimulation (iTBS) for rTMS and anodic tDCS (a-tDCS), induce an increase in cortical excitability and could be used, in the absence of LID, to activate primary motor cortex (M1). Inhibitory protocols such as continuous theta frequency stimulation (cTBS) for rTMS and cathodic tDCS (c-tDCS) induce a decrease in cortical excitability and would, in the presence of LID, reduce M1 hyperactivation. The aim of this doctoral thesis was to study the effect of these approaches in reducing motor, non-motor and LID symptoms, and to explore the influence of these techniques on M1 plasticity. A review of the literature provided an update on what is known about the use of iTBS and tDCS in PD, the results of which, among other things, pointed to the importance of pharmacological status in neurostimulation studies. The first chapter of this thesis focuses on an unmedicated participant with ten years' PD, and the effects of iTBS via rTMS and rPMS on motor symptoms and day-to-day function, without the interference of L-Dopa. The protocol included four combinations testing the placebo effect, rTMS + rPMS, rTMS alone and rPMS alone. Symptoms and motor function improved over the four sessions, accompanied by changes in M1 excitability. In the second chapter, a study of a group of PD patients with L-Dopa assessed the effect of a-tDCS with rPMS on symptoms and motor function. Three protocols, each administered over five days, tested the effect of placebo, a-tDCS alone and a-tDCS+rPMS. Symptoms and quality of life improved, accompanied by neurophysiological changes in M1. The third chapter, in an animal model of PD, explored the effect of three protocols on LID and motor symptoms. These protocols were combined with vehicle or L-Dopa. The first included two sessions of cTBS, the second, one session of c-tDCS and the third, five sessions of c-tDCS. With vehicle, cTBS reduced parkinsonian scores compared with placebo or vehicle alone. With L-Dopa, two sessions of cTBS reduced LID without affecting the antiparkinsonian effects of L-Dopa, one session of c-tDCS had no effect and five sessions of c-tDCS briefly reduced LID but also the duration of L-Dopa's effects. Taken together, these findings warrant further studies to deepen knowledge and complete exploration of the effects of non-invasive neurostimulation in reducing motor, non-motor and LID symptoms, and support that M1 changes reflect the brain plasticity behind clinical improvement even years after initial diagnosis. The clinical benefits reported encourage the development of possible non-pharmacological treatments to be combined with L-Dopa.

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La dystrophie musculaire de Duchenne est une maladie génétique caractérisée par l'absence de dystrophine dans les muscles des patients. Un des traitements envisageables est la greffe de myoblastes dans les muscles dystrophiques afin de permettre l'expression de dystrophine. Les cellules souches embryonnaires, qui ont la capacité de se différencier en tous les types de cellules, pourraient servir de source illimitée de cellules pour traiter les patients. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent premièrement qu'il est possible d'obtenir une population de myoblastes dérivées de cellules souches embryonnaires murines. Il est aussi démontré qu'un traitement à l'azacytidine augmente le pourcentage de cellules souches embryonnaires différenciées en cellules myogéniques. De plus, ces cellules différenciées permettent de régénérer la dystrophine lorsque greffées à des souris dystrophiques. Des essais de purification de ces cellules myogéniques ont été tentés et sont toujours en cours d'étude. Une bonne purification des cellules différenciées permettrait en effet d'éviter les risques de formation de tumeurs lors de la greffe des cellules. Les expériences de différenciation, lorsque mises au point, pourraient être appliquées à des cellules souches embryonnaires humaines afin de traiter des patients atteints de dystrophie musculaire de Duchenne.

Les modifications de surface de polymères par plasmas froids sont beaucoup utilisées dans le domaine biomédical pour adapter les propriétés de surface des matériaux et ainsi améliorer leurs performances de biocompatibilité. Le plasma froid est un milieu gazeux contenant des espèces excitées pouvant réagir avec la surface des matériaux et cela, à une température près de celle de la pièce. Cette technologie fonctionne très bien mais requiert généralement une basse pression et par le fait même des systèmes à vide ce qui rend le procédé coûteux et peu envisageable comme procédé industriel. Récemment, des décharges filamentaires par barrière diélectrique (FDBD) et des décharges luminescentes contrôlées par barrière diélectrique (DLBD) fonctionnant à pression atmosphérique sont apparues comme des alternatives intéressantes aux systèmes plasma basse pression pour les modifications de surface de polymères. Cette idée vise à éliminer la nécessité d'un système à vide et ainsi développer une technique aussi performante mais peu coûteuse pour s'approcher de plus en plus d'un procédé industriel. Au cours de ce projet, un réacteur plasma à pression atmosphérique a été conçu et réalisé. Le réacteur a été réalisé de manière à optimiser et contrôler les paramètres expérimentaux (puissance, fréquence, choix et flux des gaz) et permettre le traitement de surface de polymères. Pour comparer avec la technologie basse pression existante, des modifications de surface sur le poly(tétrafluoroethylène) (PTFE) ont été effectués dans différentes atmosphères (NH3, mélanges N2 + H2 et N2 + NH3) avec soit une décharge plasma radiofréquence basse pression (RFGD), une FDBD et une DLBD. Les modifications de surfaces créées ont été étudiées et comparées à l’aide de différentes techniques d’analyse de surface. La fonctionnalisation de surface obtenue avec le réacteur plasma à pression atmosphérique semble être une méthode efficace, peu coûteuse pour la création de modification de surface uniforme de groupements amines qui peuvent subséquemment être utilisés pour greffer diverses fonctionnalités chimiques pouvant être utilisées pour améliorer la biocompatibilité des matériaux. / Cold plasma polymer surface modification is widely used in the biomedical field to tailor the surface properties of materials to improve their biocompatibility. Cold plasma is a gaseous environment near ambient temperature containing excited species that can react with the surface of materials. This technology is well known and efficient but usually requires low pressure plasma systems which render the process costly and less interesting for industrial scale-up. But recently, filamentary dielectric barrier discharge (FDBD) and atmospheric pressure glow discharge (APGD) working at atmospheric pressure have appeared as interesting alternatives for polymer surface modification. This idea aims to eliminate the need of vacuum system thus developing a technique as efficient but at a low cost to come closer to an industrial process. During this master, an atmospheric pressure plasma reactor has been designed and realized. The reactor was built in a way to be able to optimize and control the experimental conditions (power, frequency, gases choices and flow) and allow the surface treatment of various polymers. To compare with the existing low pressure plasma technology, surface modifications of poly(tetrafluoroethylene) (PTFE) has been performed in different atmospheres (NH3, N2 + H2, and N2 + NH3 mixtures) with a low pressure radio-frequency glow discharge (RFGD), an FDBD and an APGD. The modified surfaces has been studied and compared with various surface analysis techniques. Surface functionalization obtained with the atmospheric pressure plasma reactor seems to be an effective, low cost method for the production of uniform surface modification with amino-groups that can subsequently be used to graft various chemical functionalities used for biomaterial compatibility.

Des systèmes de détection cohérente avec traitement numérique du signal (DSP) sont présentement déployés pour la transmission optique de longue portée. La modulation par déplacement de phase en quadrature à deux polarisations (DP-QPSK) est une forme de modulation appropriée pour la transmission optique sur de longues distances (1000 km ou plus). Une autre forme de modulation, le DP-16-QAM (modulation d’amplitude en quadrature) a été récemment utilisée pour les communications métropolitaines (entre 100 et 1000 km). L’extension de la distance maximum de transmission du DP-16-QAM est un domaine de recherche actif. Déterminer si l’utilisation de la détection cohérente pour les transmissions à courtes distances (moins de 100 km) en justifieraient les coûts demeure cependant une question ouverte. Dans cette thèse, nous nous intéresserons principalement au recouvrement de phase et au démultiplexage en polarisation dans les récepteurs numériques cohérents pour les applications à courte distance. La réalisation de systèmes optiques gigabauds cohérents en temps-réel utilisant des formats de modulation à monoporteuse plus complexes, comme le 64-QAM, dépend fortement du recouvrement de phase. Pour le traitement numérique hors-ligne, la récupération de phase utilisant les résultats de décisions (decision-directed phase recovery (DD-PR)) permet d’obtenir, au débit des symboles, les meilleures performances, et ce avec un effort computationnel moindre que celui des meilleurs algorithmes connus. L’implémentation en temps-réel de systèmes gigabauds requiert un haut degré de parallélisation qui dégrade de manière significative les performances de cet algorithme. La parallélisation matérielle et le délais de pipelinage sur la boucle de rétroaction imposent des contraintes strictes sur la largeur spectrale du laser, ainsi que sur le niveau de bruit spectral des sources laser. C’est pourquoi on retrouve peu de démonstrations de recouvrement de phase en temps-réel pour les modulations 64-QAM ou plus complexes. Nous avons analysé expérimentalement l’impact des lasers avec filtres optiques sur le recouvrement de phase realisé en pipeline sur un système cohérent à monoporteuse 64-QAM à 5 Gbaud. Pour les niveaux de parallélisation plus grands que 24, le laser avec filtres optiques a permis une amélioration de 2 dB du ratio signal-à-bruit optique, en comparaison avec le même laser sans filtre optique. La parallélisation du recouvrement de phase entraîne non seulement une plus grande sensibilité au bruit de phase du laser, mais aussi une plus grande sensibilité aux fréquences résiduelles induites par la présence de tonalités sinusoïdales dans la source. La modulation de fréquences sinusoïdales peut être intentionnelle, pour des raisons de contrôle, ou accidentelles, dues à l’électronique ou aux fluctuations environnementales. Nous avons étudié expérimentalement l’impact du bruit sinusoïdal de phase du laser sur le système parallèle de recouvrement de phase dans un système 64-QAM à 5 Gbauds, en tenant compte des effets de la compensation du décalage de fréquence et de l’égalisation. De nos jours, les filtres MIMO (multi-input multi-output) à réponse finie (FIR) sont couramment utilisés pour le démultiplexage en polarisation dans les systèmes cohérents. Cependant, ces filtres souffrent de divers problèmes durant l’acquisition, tels la singularité (les mêmes données apparaissent dans les deux canaux de polarisation) et la longue durée de convergence de certaines combinaisons d’états de polarisation (SOP). Pour réduire la consommation d’énergie exigée dans les systèmes cohérents pour les applications à courtes distances où le délais de groupe différentiel n’est pas important, nous proposons une architecture DSP originale. Notre approche introduit une pré-rotation de la polarisation, avant le MIMO, basée sur une estimation grossière de l’état de polarisation qui n’utilise qu’un seul paramètre Stokes (s1). Cette méthode élimine les problèmes de singularité et de convergence du MIMO classique, tout en réduisant le nombre de filtres MIMO croisés, responsables de l’annulation de la diaphonie de polarisation. Nous présentons expérimentalement un compromis entre la réduction de matériel et la dégradation des performances en présence de dispersion chromatique résiduelle, afin de permettre la réalisation d’applications à courtes distances. Finalement, nous améliorons notre méthode d’estimation à l’aveugle par un filtre Kalman étendu (EKF) à temps discret de faible complexité, afin de réduire la consommation de mémoire et les calculs redondants apparus dans la méthode précédante. Nous démontrons expérimentalement que la pré-rotation de polarisation basée sur le EKF operé au taux ASIC (Application-Specific Integrated Circuits) permet de récupérer la puissance de fréquence d’horloge du signal multiplexé en polarisation ainsi que d’améliorer la performance du taux d’erreur sur les bits (BER) en utilisant un MIMO de complexité réduite. / Coherent detection with digital signal processing (DSP) is currently being deployed in longhaul optical communications. Dual-polarization (DP) quadrature phase shift keying (QPSK) is a modulation format suitable for long-haul transmission (1000 km or above). Another modulation, DP-16-QAM (quadrature amplitude modulation) has been deployed recently in metro regions (between 100 and 1000 km). Extending the reach of DP-16QAM is an active research area. For short-reach transmission (shorter than 100 km), there is still an open question as to when the technology will be mature enough to meet cost pressures for this distance. In this dissertation, we address mainly on phase recovery and polarization demultiplexing in digital coherent receivers for short-reach applications. Implementation of real-time Gbaud (Gsymbol per second) optical coherent systems for singlecarrier higher-level modulation formats such as 64-QAM depends heavily on phase tracking. For offline DSP, decision-directed phase recovery is performed at the symbol rate with the best performance and the least computational effort compared to best-known algorithms. Real-time implementations at Gbaud requires significant parallelizing that greatly degrades performance of this algorithm. Hardware parallelization and pipelining delay on the feedback path impose stringent requirements on the laser linewidth, or the frequency noise spectral level of laser sources. This leads to the paucity of experiments demonstrating real-time phase tracking for 64- or higher QAM. We experimentally investigated the impact of opticallyfiltered lasers on parallel and pipelined phase tracking in a single-carrier 5 Gbaud 64-QAM back-to-back coherent system. For parallelization levels higher than 24, the optically-filtered laser shows more than 2 dB improvement in optical signal-to-noise ratio penalty compared to that of the same laser without optical filtering. In addition to laser phase noise, parallelized phase recovery also creates greater sensitivity to residual frequency offset induced by the presence of sinusoidal tones in the source. Sinusoidal frequency modulation may be intentional for control purposes, or incidental due to electronics and environmental fluctuations. We experimentally investigated the impact of sinusoidal laser phase noise on parallel decision-directed phase recovery in a 5 Gb 64-QAM system, including the effects of frequency offset compensation and equalization. MIMO (multi-input multi-output) FIR (finite-impulse response) filters are conventionally used for polarization demultiplexing in coherent communication systems. However, MIMO FIRs suffer from acquisition problems such as singularity and long convergence for a certain polarization rotations. To reduce the chip power consumption required in short-reach coherent systems where differential group delay is not prominent, we proposed a novel parallelizable DSP architecture. Our approach introduces a polarization pre-rotation before MIMO, based on a very-coarse blind SOP (state of polarization) estimation using only a single Stokes parameter (s1). This method eliminates the convergence and singularity problems of conventional MIMO, and reduces the number of MIMO cross taps responsible for cancelling the polarization crosstalk. We experimentally presented a tradeoff between hardware reduction and performance degradation in the presence of residual chromatic dispersion for short-reach applications. Finally, we extended the previous blind SOP estimation method by using a low-complexity discrete-time extended Kalman filter in order to reduce the memory depth and redundant computations of the previous design. We experimentally verified that our extended Kalman filter-based polarization prerotation at ASIC rates enhances the clock tone of polarization-multiplexed signals as well as the bit-error rate performance of using reduced-complexity MIMO for polarization demultiplexing.

Dans cette étude, une méthode de conception probabiliste pour la conception d'usines de traitement des eaux usées (STEP) qui permet la quantification du degré de conformité aux normes de rejet en termes de probabilité a été proposée. La méthode de conception développée est une approche basée sur un modèle dans lequel les sources pertinentes d'incertitude sont exprimées en termes de fonctions de distribution de probabilité et leur effet combiné sur la distribution de la qualité de l'effluent sont quantifiés par simulation Monte Carlo. Pour ce faire, une série de conceptions en régime permanent avec différents niveaux de sécurité ont été générés en utilisant des règles de conception et la probabilité correspondante de non-conformité aux normes de rejet ont été calculés en utilisant des simulations dynamiques avec différentes réalisations de séries temporelles d'affluent et différentes valeurs pour les paramètres du modèle de station d'épuration. Pour générer différentes réalisations de séries temporelles d'affluent, un logiciel a été développé pour la génération de séries temporelles d'affluent tenant compte des conditions climatiques locales ainsi que les caractéristiques de base des réseaux d'égout connectés. En outre, différentes réalisations des paramètres du modèle de STEP ont été générés par l'échantillonnage des fonctions de distribution de probabilité et l'effet combiné de la variabilité de l'affluent et l'incertitude du modèle sur la distribution de la qualité des effluents a été calculé en exécutant un certain nombre de simulations Monte Carlo jusqu'à ce que la convergence de la distribution de la qualité des effluents a été atteinte. Une fois la convergence atteinte, la probabilité de non-respect d'une alternative de conception peut être calculée pour un certain niveau de qualité de l'effluent. La méthode de conception probabiliste peut aider les concepteurs à éviter l'application de facteurs de sécurité conservateurs qui pourraient entraîner un dimensionnement trop petit ou trop grand de stations d'épuration. En outre, le calcul de la probabilité de non-conformité comme un critère quantitatif peut aider les concepteurs et les décideurs à prendre une décision informée des risques en vue de la meilleure configuration de traitement, son dimensionnement, ainsi que le fonctionnement de l'usine pour la conception ou la mise à niveau des stations d'épuration. Mots-clés: usine de traitement des eaux usées, de conception dans l'incertitude, de la conception en fonction du risque, analyse de l'incertitude, probabilité de non-conformité. / In this study, a probabilistic design method for the design of wastewater treatment plants (WWTP) that enables the quantification of the degree of compliance to the effluent standards in terms of probability has been proposed. The developed design method is a model-based approach in which relevant sources of uncertainty are expressed in terms of probability distribution functions and their combined effect on the distribution of the effluent quality is quantified by Monte Carlo simulation. To do so, a set of steady-state designs with different levels of safety is first generated using a design guideline and then the corresponding probability of non-compliance (PONC) to the effluent standards is calculated using dynamic simulations under different realizations of influent time series and different values for the WWTP model parameters. To generate different realizations of the influent time series, a software tool was developed for synthetic generation of influent time series data considering the local climate conditions as well as basic characteristics of the connected sewershed. Moreover, different realizations of WWTP model parameters are generated by sampling from the probability distribution functions that are assigned to uncertain model parameters. The combined effect of influent variability and model uncertainty on the effluent distributions is calculated by running a certain number of Monte Carlo simulation runs until convergence of the effluent distribution is achieved. Once convergence is reached for the effluent distribution, the PONC for a design alternative can be calculated for a certain effluent standard. The probabilistic design method can help designers avoid the application of conservative safety factors that could result in over-or under-sizing of WWTPs. Moreover, calculating the probability of non-compliance as a quantitative criterion can help designers and decision makers make risk-informed decisions on the best treatment configuration, sizing, and plant operation during the design or upgrading of WWTPs. Keywords: Wastewater treatment plant, design under uncertainty, risk-informed design, uncertainty analysis, probability of non-compliance.

La présente étude a eu pour objectif principalde mettre en place un procédé de prétraitement de la fibre naturelle de lin, de fabrication de nanofibres lignocellulosiques et leur modification de surface subséquente, environnementalement irréprochable sur toute la ligne. Afin de répondre à cet objectif principal, les nanofibres lignocellulosiques de lin ont été préparées en utilisant un procédé respectueux de l'environnement, soit une combinaison de prétraitement au dioxyde de carbone (CO2) dans les conditions supercritiqueset d'hydrolyse enzymatique. Le prétraitement au CO2 supercritique visait à surmonter la récalcitrance de la biomasse lignocellulosique et à donner accès aux enzymes hydrolytiques. Il a été démontré que le prétraitement au CO2 supercritique des fibres de lin a aidé à déstructurer la biomasse tout en évitant son fractionnement et à faciliter l’hydrolyse enzymatique subséquente du substrat. Un cocktail d’enzymes hydrolytiques comprenant la cellulase, la xylanase, la pectinase et la viscozyme a été utilisé et a permis d’extraire des fibres lignocellulosiques ayant des dimensions nanométriques.Ces nanofibres lignocellulosiques extraites ainsi que les résidus solides de l’hydrolyse sont de nature hydrophile en raison de l'attraction / interaction entre les groupes hydroxyles des composants fibreux et des molécules d'eau. La nature hydrophile de ces nanofibres lignocellulosiques aboutit souvent à une mauvaise compatibilité avec des matrices polymères hydrophobes. Une modification de surface s’impose donc afin de les rendre plus hydrophobes et donc compatibles avec les matrices hydrophobes. La laccase, une enzyme spécifique a été utilisée pour catalyser le greffage de composés phénoliques naturels, le gaïacol et le syringaldéhyde, rendant ainsi les nanofibres lignocellulosiques et les résidus solides de l’hydrolyse plus hydrophobes et compatibles avec lesmatrices hydrophobes. Aucun changement significatif dans la composition chimique des fibres de lin n’a été observé après le prétraitement tel que suggéré par les analyses par spectroscopie infrarouge. Ces dernières ont démontré par ailleurs le greffage de surface induit par la laccase, du guaïacol et du syringaldéhyde sur les nanofibres extraites et sur les résidus de l’hydrolyse. La technique de diffraction des rayons X a révélé que la cristallinité augmentait suite au prétraitement de la fibre avec le CO2 supercritique ainsi que suite à l’extraction des nanofibres. La microscopie électronique à balayage a révélé les dommages physiques causés à la surface des fibres suite au prétraitement alors que la microscopie électronique à transmission démontrait que les nanofibres lignocellulosiques extraites étaient en forme des filaments, avec un diamètre de 5 –10 nm et plusieurs micromètres de longueur. Enfin les fibres fonctionnalisées ont montré une meilleure stabilité thermique et un caractère hydrophobe comparativementaux fibres brutes non traitées. / The main goal of this research was to set up an environmentally friendly process for the pretreatment of natural flax fibres in view to produce lignocellulosic nanofibers and modify their surface for their use as compatible fillers in polymer composites. To achieve this main objective, lignocellulosic nanosized flax fibres were prepared using an environmentally friendly process based on a combination of supercritical carbon dioxide pretreatment and enzymatic hydrolysis conditions. Supercritical CO2 pretreatment aimed to overcome the recalcitrance of lignocellulosic biomass and to provide access to hydrolytic enzymes. It was shown that the supercritical CO2 pretreatment of raw flax fibers helped to deconstruct biomass, avoiding its fractionation and increased access to hydrolytic enzymes such as cellulase, xylanase, pectinase and viscozyme leading to extraction of lignocellulosic fibres having nanometric dimensions. These extracted lignocellulosic nanofibres as well as the solid residues of the hydrolysis are hydrophilic in nature because of the attraction / interaction between the hydroxyl groups of the fibrous components and water molecules. The hydrophilic nature of these lignocellulosic nanofibers often results in poor compatibility with hydrophobic polymeric matrices. Surface modification is therefore necessary to make them more hydrophobic and compatible with the hydrophobic matrices. Laccase mediated grafting of natural phenolic compounds, i.e. guaiacol and syringaldehyde, onto lignocellulosic fiber was achieved, thus making lignocellulosic nanofibers and hydrolysis solids residues more hydrophobic and compatible with hydrophobic matrices. No significant changes in the chemical composition of flax fibres were observed after pretreatment. This was confirmedby FTIR analysis, which also demonstrated laccase-induced grafting of guaiacol and syringaldehyde onto lignocellulosic nanofibers and solid residues hydrolysis surfaces. Moreover, X-ray diffraction revealed that crystallinity increased for supercritical CO2 pretreated fibres as well asenzymatically produced lignocellulosic nanofibers. Scanning electron microscopy revealed the physical damages in the form of holes, cracks and erosions onto the surface of supercritical CO2 pretreated flax fibres, while transmission electron microscopy evidencedthe production of filament-shaped nanosized fibrils with a diameter of 5-10 nm and several micrometers length. Finally, bio-grafted fibers showed better thermal stability and hydrophobicity if compared to untreated raw analogues.