Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La viande et les produits dérivés sont très importants pour une alimentation équilibrée. L'abondance de protéines, de minéraux, de vitamines et d'une multitude de micronutriments de haute qualité dans la viande en a fait une source alimentaire de choix. Étant donné que les produits carnés, dérivés de la viande, sont plus abordables, plus attrayants, facile à utiliser et possédant une durée de conservation plus longue, une partie de la demande des consommateurs en viande a été remplacée par ces produits dans la société moderne. Cependant, malgré tous les avantages nutritionnels et pratiques, en raison du profil lipidique du gras animal présent dans les produits carnés, la consommation excessive de viande ou de produits carnés entraîne des risques élevés pour la santé tels que les maladies cardiovasculaires, le diabète de type 2 et certains cancers. Il est donc nécessaire de réduire ou d'éliminer ces composés nocifs pour rendre les produits carnés plus sains. Parmi toutes les méthodes de production de substituts de gras animal, l'utilisation d'huiles végétales saines et riches en acides gras insaturés constitue une stratégie efficace et potentiellement prometteuse sur le plan technologique et santé. Cependant, l'ajout direct d'huile végétale dans une formulation de produits carnés comme les charcuteries de type émulsion affecte négativement les attributs technologiques et sensoriels de ces produits, ce qui entraîne une durée de conservation plus courte en raison d'une oxydation plus élevée des lipides. En plus, sur le plan organoleptique, l'utilisation directe d'huiles végétales dans la formulation de produits carnés est loin de satisfaire les exigences des consommateurs. Ainsi, pour surmonter ce défi technologique et sensoriel, l'une des stratégies les plus prometteuses pour résoudre ce problème consiste à ajouter de l'huile sous une forme solidifiée de type émulsion gélifiée. C'est dans cette optique d'idée que le présent projet de doctorat a été réalisé. L'objectif de la première partie de cette étude consistait à structurer, sous une forme solide, l'huile de canola à l'aide de différents microgels à base de protéines de canola et de quatre différents types d'hydrocolloïdes; à savoir la gomme xanthane, l'agar, la gélatine et la pectine. Le but était de formuler cette huile de canola sous forme d'émulsions de Pickering et d'étudier leurs propriétés techno-fonctionnelles pour une éventuelle utilisation en tant que substituts potentiels du gras animal dans des produits carnés de type émulsion. Les résultats obtenus ont montré que les hydrocolloïdes utilisés, à l'exception de la pectine, a permis d'atteindre une durée de stabilité des émulsions de Pickering jusqu'à 40 jours. Selon les analyses microscopiques et granulométriques, les émulsions de Pickering produites avec de la gomme xanthane présentaient la plus petite taille de particules. Les mesures rhéologiques ont montré que le xanthane, l'agar et la gélatine augmentaient l'élasticité, l'état solide et visqueux de l'émulsion. En plus, ces échantillons étaient caractérisés par une claire apparence chromatique blanc-crème. Selon les résultats obtenus, ces systèmes viscoélastiques stables pourraient potentiellement être utilisés comme substituts du gras animal dans le développement de nouveaux produits alimentaires sains et faibles en acides gras saturés. La deuxième partie de ce projet de doctorat visait à remplacer le gras animal dans la viande transformée de type émulsion (de type *Bologna* en anglais). En raison de ses propriétés techno-fonctionnelles et de son potentiel de substitution de gras animal, l'émulsion de Pickering à base de protéines de canola et de gomme xanthane a été choisie. Par conséquent, dans la formulation du produit carné étudié, la teneur en gras animal a été remplacée (substituée) par l'émulsion Pickering à des niveaux de 0, 25, 50, 75 et 100 %. Le remplacement du gras animal par l'émulsion de Pickering dans les formulations d'émulsion de viande a conduit à une amélioration considérable du profil nutritionnel en termes d'augmentation des protéines totales, des acides gras polyinsaturés (PUFA) et monoinsaturés (MUFA) et de diminution des acides gras saturés (SAFA), ainsi que de la teneur totale en gras. De plus, l'utilisation de l'émulsion Pickering a entraîné une diminution des pertes à la cuisson et de l'oxydation des lipides, comme le démontre la concentration plus faible de malondialdéhyde (MDA) dans les échantillons contenant l'émulsion de Pickering. Ainsi, cette étude ouvre la voie pour un remplacement potentiel du gras animal par une émulsion solidifiée à base d'huile de canola dans des produits carnés et charcuteries de type émulsion. Le phénomène d'oxydation est un facteur clé de la baisse de la qualité des produits carnés. L'industrie de la transformation de la viande utilise principalement des antioxydants synthétiques pour prévenir ou retarder l'oxydation. Cependant, il existe une forte tendance pour des alternatives naturelles et non synthétiques en raison des préoccupations concernant la toxicité et la cancérogénicité qui sont généralement attribuées aux composés synthétiques. Parallèlement, des études récentes réalisées par l'équipe du professeur Mohammed Aider à l'Université Laval ont montré que des solutions électro-activées (EAS) à base d'ascorbate de calcium possèdent de puissantes propriétés antioxydantes et antimicrobiennes. Leur capacité antioxydante supérieure à celle de l'acide ascorbique a également été rapportée dans ces études. Cependant, leur potentiel en tant qu'agent antioxydant dans la formulation d'aliments à base de viandes n'a pas été étudié auparavant. Par conséquent, dans la troisième partie de ce projet de doctorat, les effets de la solution électro-activée à base d'anions ascorbate (EAS) sur différentes propriétés physico-chimiques et techno-fonctionnelles de formulations à base de viande séparée mécaniquement ont été étudiés. L'évaluation a été réalisée sur des échantillons contenant soit du gras animal ou l'émulsion de Pickering comme substitut de gras. En plus, étant donné que les résultats de la partie précédente de cette étude ont montré que les systèmes de viande fabriqués avec une substitution du gras animal ≤ 50 % présentaient des propriétés texturales les plus similaires à celles du témoin, le niveau de substitution du gras animal de 50 % a été sélectionné pour être utilisé dans les formulations du présent volet de ce projet. La solution électro-activée a été utilisée comme remplacement partiel ou total de l'eau (remplacement de 0 à 100 %) qui est utilisée dans la préparation de la formulation crue. L'ajout de la solution électro-activée a eu un effet semblable sur tous les échantillons, a augmenté la capacité antioxydante totale et a légèrement diminué le pH. En plus, l'utilisation de la solution électro-activée comme agent antioxydant a permis de diminuer de façon hautement significative les nitrites résiduels, indépendamment de la présence du gras animal ou de son substitut. Ainsi, quelle que soit la teneur en matière grasse, tous les échantillons présentaient une diminution significative (P < 0,05) de la teneur en dérivés carbonylés (témoin de l'oxydation des protéines) après 21 jours d'entreposage réfrigéré à 4 °C. Concernant l'oxydation des acides gras, contrairement aux échantillons contenant des émulsions de Pickering, l'ajout de la solution électro-activée dans la formulation témoin à base de gras animal n'a pas eu d'effet inhibiteur significatif sur l'oxydation du gras et la concentration de malondialdéhyde (MDA) a montré une tendance ascendante après 3 semaines d'entreposage. Cependant, dans les échantillons contenant l'émulsion de Pickering, l'utilisation de la solution électro-activée dans la formulation a eu un effet antioxydant hautement significatif contre l'oxydation du gras au cours de la même période d'entreposage. Des changements significatifs dans la différence de couleur totale n'ont été observés qu'en cas de remplacement total de l'eau. L'ajout de la solution électro-activée à la formulation a amélioré la fermeté et la masticabilité du produit final contenant du gras animal (produit témoin), indiquant un effet positif sur le plan sensoriel. Finalement, cette thèse de doctorat a permis de réaliser une avancée significative des connaissances sur la substitution du gras animal par une huile végétale solidifiée sous forme d'une émulsion de Pickering et a généré des résultats qui pourraient être utilisés pour la formulation de substitut du gras animal dans les produits carnés transformés avec un potentiel d'amélioration de leurs propriétés nutritionnelles et technologiques. En plus, ce projet a permis de démontrer que la solution électro-activée à base d'anions ascorbate pourrait trouver une application en tant qu'agent antioxydant dans les à base de viande transformée. Également, les résultats obtenus pourraient être utilisés pour une meilleure satisfaction des préférences nutritionnelles des consommateurs en faveur d'une alimentation plus saine. Ces résultats pourraient également être utiles pour d'autres études et applications dans à une large gamme de produits alimentaires nécessitant l'utilisation du gras animal. / The abundance of high-quality proteins, minerals, vitamins, and micronutrients in meat has made it a valuable food source. Since meat products are more affordable and appealing with longer shelf-life, part of the consumers' demand for meat has been replaced by them in modern society. Despite all these benefits, due to the lipid profile of animal fat present in meat products, the excess consumption of either meat or meat-derived products leads to health risks such as cardiovascular disease, type 2 diabetes mellitus, and some cancers. Thus, it is necessary to reduce or eliminate these harmful compounds to make meat and meat-derived products healthier. Amongst all the methods for production of animal fat replacers, the addition of healthy oils rich in unsaturated fatty acid is targeted as a promising and effective strategy. However, direct addition of vegetable oil negatively affects the technological and sensory attributes of meat products, resulting in shorter shelf life due to higher lipid oxidation. One of the promising strategies to overcome this problem consists of adding vegetable oil in form of semi-solid emulsion like an emulsion gel, which is related to the first part of this study. Thus, the first objective of this project was aimed to structure canola oil by using canola protein microgel in combination with four hydrocolloids (xanthan, agar, gelatin, and pectin) in the form of Pickering emulsions and to investigate their properties with a targeted objective of using them as potential animal fat replacers. The addition of the selected hydrocolloids, except for pectin, extended the stability period from 1 day to 40 days. According to the electron microscopic and particle size analyses, Pickering emulsions stabilized with xanthan gum had the smallest particle size. Rheological measurements showed that xanthan gum, agar, and gelatin increased the elasticity, solid-like, and viscose behavior of the obtained Pickering emulsions and represented samples with a light, creamy-white color appearance. According to the obtained results, these stable viscoelastic systems might find potential to be employed as animal fat replacers in developing novel healthy low-fat foods such as processed meat products. The second part of this study was aimed to study the feasibility of replacing animal fat in processed meat by a Pickering emulsion made with an appropriate mixture of canola oil, canola proteins and xanthan gum. Due to its potential, Pickering emulsion made by xanthan was chosen from the obtained results of the first objective. Therefore, 0, 25, 50, 75, and 100% animal fat content in the formulation were replaced by the selected Pickering emulsion. Replacing animal fat with Pickering emulsion into meat emulsion formulations led to considerable improvement of nutritional profile in terms of increasing total proteins, polyunsaturated (PUFA) and monounsaturated (MUFA) fatty acids and decreasing saturated (SAFA) fatty acids and total solid fat content. Furthermore, the application of Pickering emulsion led to a decrease in cooking loss and lipid oxidation, as demonstrated by the lower MDA concentration in samples prepared with the Pickering emulsion. Thus, this study provided a proof of the concept on the feasibility of using a vegetable Pickering emulsion as a potential replacer of animal fat in processed meat systems. The oxidation phenomenon is a key factor in the decline of quality in meat products. The meat industry primarily utilizes synthetic antioxidants to prevent or delay fat oxidation. However, there is a strong desire for natural and non-synthetic alternatives due to concerns about toxicity and carcinogenicity commonly attributed to synthetic compounds. Meanwhile, electro-activated calcium ascorbate solutions (EAS) have shown desirable antioxidant properties. Their higher antioxidant capacity compared to ascorbic acid has also been reported before. However, their potential as an antioxidant agent in foods and especially in meat formulations have not been studied before. Therefore, in the third part of this study, the effects of EAS solution on the properties of processed meat batters were investigated. The investigation was done on samples with either fat or fat replacer in a form of a Pickering emulsion. Since the results from the previous part of this project indicated that meat systems with animal fat substitution up to ≤ 50% showed the most similar textural properties to the control, the best highest ratio (50%) of animal fat replacement was selected to be used in the formulations. EAS was introduced as partial/total replacement of water (0-100% replacement). The obtained results showed that EAS addition had a consistent effect on all samples, increasing total antioxidant capacity and slightly decreasing pH and residual nitrite, regardless of having animal fat or fat replacer. Regardless of fat content, all samples displayed a significant decrease (*P ≤ 0.05*) in carbonyl content, a marker of protein oxidation, after 21 days cold storage at 4 °C. Regarding fat oxidation, unlike the samples with Pickering emulsions, the addition of EAS didn't have significant inhibitory effect in samples with fat and MDA concentration showed ascending trend after 3 weeks. In samples with Pickering emulsions, addition of EAS showed antioxidant effect against fat oxidation in the same period. Significant changes in total color difference (𝛥𝐸) were only observed when total water replacement was used. EAS addition enhanced firmness and chewability in samples containing animal fat but did not have a notable effect on samples with Pickering Emulsion. In conclusion, this thesis has generated original knowledge and findings on using new fat replacer formulation in processed meat products with the potential for improving their nutritional and technological properties, as well as introducing non-synthetic antioxidant sources in processed meat systems. The results bring us closer to meeting consumer preferences for a healthier diet. Our findings can also be helpful for further studies on adding these components to a wide range of food products.

Cette thèse traite principalement de la compréhension des propriétés morphologiques et mécaniques de composites moussés en injection avec un agent moussant chimique exothermique (azodicarbonamide). Dans la première partie, des structures symétriques et asymétriques sont obtenues, à partir de polyéthylène de haute densité (HDPE) et de fibres naturelles (agave), en appliquant différents gradients de température au moule. Leurs propriétés morphologiques (épaisseur des peaux et du cœur, diamètre et densité cellulaires) et mécaniques (traction, flexion, torsion) sont présentées. Dans la deuxième partie, la caractérisation morphologique de composites microcellulaires à base de HDPE et de fibre de lin est approfondie. En plus des informations relatives au diamètre cellulaire et à la densité cellulaire, les profils de densité des composites moussés sont introduits. Leurs analyses révèlent la présence de zones de transition entre le cœur et les peaux. L'utilisation de ces profils de densité offre un accès rapide, simple et efficace aux épaisseurs des peaux, du cœur et de ces zones de transition ainsi qu'à la masse volumique du cœur moussé. Enfin, la troisième partie examine les comportements mécaniques (résistance et module en traction, flexion, torsion et impact) de composites microcellulaires à base de HDPE et de fibre de lin. Les profils de densité préalablement présentés permettent de prédire avec précision (2 à 6% d'erreur) les modules mécaniques des composites moussés.

Cette thèse de doctorat a pour objectif le développement d'un catalyseur hétérogène très actif et sélectif pour la conversion d'huiles végétales usées en monomères pour le développement de bioplastiques via la réaction d’auto-métathèse. Le méthyltrioxorhénium supporté sur l’alumine mésoporeuse modifiée avec ZnCl2 s’est avéré un catalyseur actif pour l'auto-métathèse de l'oléate de méthyle, une molécule modèle pour les triglycérides des huiles. Les produits obtenus à partir de la métathèse de l'oléate de méthyle comprennent, un diester, le 1,18-octadecenedioate et un alcène, 9-octadécène, qui peut être utilisé comme monomère pour la synthèse des polymères lorsqu'il est associé à d'autres molécules. Les conditions de réaction telles que la température, le temps de réaction et le promoteur utilisé ont été optimisées pour obtenir un rendement élevé en produits de la métathèse de l'oléate de méthyle. Le catalyseur 3% MTO/ZnCl2-Al2O3-meso avec un rapport Al/Zn de 8 à la température de réaction de 45°C pendant 60 min a été trouvé actif pour la métathèse de l'oléate de méthyle. Il a été également observé que les autres halogénures métalliques et des chlorures n'ont pas favorisé la réaction comme le ZnCl2. L'amélioration de l'activité du catalyseur par l’addition de ZnCl2 à Al2O3-méso a été expliquée en raison de la nature acide de Lewis améliorée par le ZnCl2. Les études cinétiques ont montré que le catalyseur a été très actif permettant une conversion supérieure à 80% en 30 min de réaction entre 25°C et 60°C. L'activité catalytique à la température ambiante était aussi encourageante pour l'auto métathèse de l'oléate de méthyle. Les conditions opératoires optimisées pour la métathèse de l'oléate de méthyle ont par la suite été étendues à l'application de triglycérides, en l’occurrence la trioléïne qui est abondante dans l’huile de tournesol et autres huiles végétales. Le catalyseur a été trouvé actif avec la formation de l'alcène 9-octadécène ainsi que des dimères et des trimères de la trioléine. Le catalyseur à base de MTO a été actif pour la formation des produits de métathèse désirés et le produit non désiré de métathèse comme le polymère réticulé formé par la réaction à catalyse homogène a été évité.Les résultats prometteurs pour la métathèse des trioléïnes prouvent que le catalyseur 3% MTO/ZnCl2-Al2O3-meso peut être utilisé pour la métathèse des huiles végétales comme l'huile de tournesol riche en acide oléique qui contient la trioléïne comme sa principale composante. / This doctoral thesis aims at the development of highly active and selective heterogeneous catalyst for conversion of used vegetable oils into monomers for bioplastic development using self-metathesis reaction. The catalyst based on methyltrioxorhenium supported on mesoporous alumina modified with ZnCl2 was found to be an active catalyst for self-metathesis of methyl oleate, a model molecule for triglycerides of oils with high turnover number. The products obtained from the metathesis of methyl oleate include the diester, 1,18-Octadecenedioate and an alkene, 9-Octadecene which can be used as monomer for polymer synthesis when reacted with other molecules. The reaction conditions such as temperature, reaction time, the promoter used were optimized to obtain high yield of products from the metathesis of methyl oleate. The catalyst 3% MTO/ZnCl2-Al2O3-meso with Al/Zn ratio of 8 at reaction temperature of 45°C for 60 min was found to be active for metathesis of methyl oleate. It was also found that the other halides and metal chlorides did not promote the reaction similar to ZnCl2. The enhancement of activity by addition of ZnCl2 to Al2O3-meso was found to be due to the Lewis acidic nature enhanced by addition of ZnCl2. The kinetic studies showed that the catalyst was highly active resulting in conversion&gt; 80% within 30 min of reaction between 25°C to 60°C. The catalytic activity at room temperature was also promising proving it to be a very efficient catalyst for self metathesis of methyl oleate. The conditions optimized for methyl oleate metathesis was extended for the application of triolein, the abundant triglyceride present in the high oleic sunflower oil and other vegetable oils. The catalyst was found to be active with formation of the alkene 9-Octadecene and the dimers and trimers of triolein as desired metathesis products. The MTO based catalyst was active in forming the desired metathesis product and the undesired product namely the cross-linked polymer formed with the homogeneously catalyzed reaction was avoided. The promising results for the metathesis of triolein prove that the catalyst 3% MTO/ZnCl2-Al2O3-meso can be used for the metathesis of vegetable oils such as high-oleic sunflower oil which contains triolein as its major component.

Pour s'affranchir partiellement des ressources pétrolières coûteuses et non-renouvelables, il devient de plus en plus avantageux d'introduire des composés biosourcés dans les matériaux pétrochimiques. Dans ce contexte, les molécules d'origine oléagineuse issues des huiles végétales non-comestibles s'avèrent une ressource de choix, étant à la fois renouvelables et ayant un impact moindre sur l'environnement. Elles sont d'ailleurs disponibles en quantités industrielles et avec une bonne pureté, en plus de présenter une possibilité de fonctionnalisation via leurs fonctions alcools, esters et alcènes. Afin de faire de ces huiles des composés à valeur ajoutée, nous avons décidé, dans le cadre de ce projet, de nous concentrer sur l'oxydation de leur liaison double, en utilisant comme composé modèle l'oléate de méthyle. Puisqu'il est important, pour diminuer les coûts, de minimiser les réactifs nécessaires et de limiter les purifications, l'emploi de la catalyse hétérogène est tout indiqué pour parvenir à oxyder les acides gras. L'hémine est une porphyrine connue comme le centre catalytique de nombreuses familles de protéines actives en oxydation. Les travaux de Xue et al. (Angew. Chem. Int. Ed. 2012) ont montré que l'hémine liée de façon non-covalente à l'oxyde de graphène réduit peut oxyder sélectivement certains composés d'intérêt. Le but de ce projet est donc de vérifier l'applicabilité d'un catalyseur d'hémine-graphène pour l'oxydation des acides gras en industrie. À la lumière des résultats obtenus, la fonctionnalisation covalente de l'hémine à l'oxyde de graphène, ainsi qu'à une silice mésoporeuse ont également été testées. Les performances se montrant peu reproductibles, des travaux sur l'utilisation d'acides percarboxyliques supportés sur silice comme oxydant réutilisable des acides gras ont ensuite été effectués.

L'augmentation des températures et de la fréquence des dépositions azotées remarquées en Arctique depuis la fin du 20e siècle pourrait radicalement changer la disponibilité en nutriments pour la végétation de la toundra. Par ailleurs, les herbivores sont reconnus pour imposer une forte pression sur cette végétation via le broutement. Ce projet vise donc à déterminer au cours des deux dernières décennies (2003-2019): 1) quel phénomène entre le réchauffement climatique et les dépositions azotées transforme le plus la végétation des milieux humides de toundra ainsi que 2) quelle est la réponse temporelle de la végétation à une augmentation de la disponibilité en nutriments et 3) quel est l'impact du broutement sur la végétation en fonction du réchauffement climatique et des dépositions azotées. Une expérience de fertilisation simulant les apports en nutriments du réchauffement climatique et des dépositions azotées a été menée pendant 17 années dans les milieux humides de l'île Bylot, un site d'alimentation estivale de la Grande Oie des neiges dans le Haut-Arctique canadien. En plus de la fertilisation, des exclos ont été installés afin de soustraire une partie de la végétation à l'herbivorisme des oies. Nous avons constaté que les effets du réchauffement climatique sont plus importants que ceux des dépositions azotées et favorisent la transition d'une toundra à mousses vers une toundra à plantes graminoïdes. Cependant, cette transition était soumise à un décalage temporel allant jusqu'à 17 années, ce qui suggère une libération des nutriments par la décomposition des parties inférieures du tapis de mousse. Pour sa part, le broutement parles oies diminue davantage la productivité primaire et la litière des plantes graminoïdes que l'effet négatif du piétinement sur la croissance des mousses. Ainsi, l'herbivorisme par la Grande Oie des neiges favorise la stabilité des milieux humides de toundra dominés par les mousses en réponse au réchauffement climatique. / The increase in temperature and frequency of nitrogen deposition observed in the Arctic since the end of the 20th century could radically change the availability of nutrients for tundra vegetation. Moreover, herbivores are known to impose a strong pressure on this vegetation via grazing. This project aims to determine over the last two decades (2003-2019): 1) which phenomenon between global warming and nitrogen deposition is most likely to transform the vegetation of tundra wetlands; 2) what is the temporal response of vegetation to an increase in nutrient availability, and 3) what is the impact of grazing on vegetation in the context of global warming and nitrogen deposition. A fertilization experiment simulating nutrient contributions from global warming and nitrogen deposition was conducted for 17 years in the tundra wetlands of Bylot Island, a summer feeding site for Greater Snow Goose in the Canadian High Arctic. In addition to fertilization, exclosures were installed to prevent goose grazing and grubbing on the above and below ground vegetation. Results showed that over the past 17 years, the effects of global warming are more important than those of nitrogen deposition and promote the transition from moss-dominated tundra wetlands to graminoid-dominated tundra wetlands. However, this transition was subject to a time lag of up to 17 years, suggesting a release of nutrients via decomposition of the lower parts of the moss mat. On the other hand, goose grazing decreased primary productivity and litter biomass of graminoid plants more than trampling on moss growth. Thus, grazing by Greater Snow Geese promotes the stability of moss-dominated tundra wetlands in response to global warming.

Cette étude est destinée à la production et à la caractérisation des composites d'acide polylactique (PLA) et des fibres naturelles (lin, poudre de bois). Le moussage du PLA et ses composites ont également été étudiés afin d'évaluer les effets des conditions de moulage par injection et du renfort sur les propriétés finales de ces matériaux. Dans la première partie, les composites constitués de PLA et des fibres de lin ont été produits par extrusion suivit par un moulage en injection. L'effet de la variation du taux de charge (15, 25 et 40% en poids) sur les caractéristiques morphologique, mécanique, thermique et rhéologique des composites a été évalué. Dans la deuxième étape, la poudre de bois (WF) a été choisie pour renforcer le PLA. La préparation des composites de PLA et WF a été effectuée comme dans la première partie et une série complète de caractérisations morphologique, mécanique, thermique et l'analyse mécanique dynamique ont été effectués afin d'obtenir une évaluation complète de l'effet du taux de charge (15, 25 et 40% en poids) sur les propriétés du PLA. Finalement, la troisième partie de cette étude porte sur les composites de PLA et de renfort naturel afin de produire des composites moussés. Ces mousses ont été réalisées à l'aide d'un agent moussant exothermique (azodicarbonamide) via le moulage par injection, suite à un mélange du PLA et de fibres naturelles. Dans ce cas, la charge d'injection (quantité de matière injectée dans le moule: 31, 33, 36, 38 et 43% de la capacité de la presse à injection) et la concentration en poudre de bois (15, 25 et 40% en poids) ont été variées. La caractérisation des propriétés mécanique et thermique a été effectuée et les résultats ont démontré que les renforts naturels étudiés (lin et poudre de bois) permettaient d'améliorer les propriétés mécaniques des composites, notamment le module de flexion et la résistance au choc du polymère (PLA). En outre, la formation de la mousse était également efficace pour le PLA vierge et ses composites car les masses volumiques ont été significativement réduites. / This study reports on the production and characterization of natural fiber reinforced polylactic acid (PLA) composites. Foaming PLA and its composites was also undertaken to investigate the effect of injection molding conditions (shot size) and natural fiber (flax and wood flour) content on the final properties of the final products. In the first part, PLA was mixed with flax fiber via extrusion and further processed by injection molding to manufacture the final parts. The effect of flax fiber content (15, 25, and 40% wt.) on the morphological, mechanical, thermal, and rheological properties of the composites was evaluated. In the second step, wood flour (WF) was selected to reinforce PLA. Compounding of PLA and WF was carried out in a twin-screw extruder followed by injection molding to obtain the test specimens. A complete series of morphological, mechanical, thermal, and dynamic mechanical analysis was performed to get a complete evaluation of WF addition (15, 25, and 40% wt.) on the properties. Finally, the last step studied PLA composites with natural fibers for the purpose of foaming. Foaming was carried out using an exothermic foaming agent (azodicarbonamide) via injection molding. Injection foaming proceeded after mixing PLA and natural fibers by extrusion. In this case, the shot size (amount of material injected into the mold: 31, 33, 36, 38, and 43% of the machine capacity) and reinforcement content (15, 25, and 40% wt.) were varied. The characterization included mechanical and thermal properties. The results showed that both flax and wood flour led to increased mechanical properties including flexural modulus and impact strength. Moreover, foaming was also effective for neat PLA and PLA composites, i.e. the overall density of the parts was significantly reduced.

Lors de la mise en place d’un projet de restauration, il est impératif de définir un écosystème de référence qui aidera à orienter les actions à poser. La restauration écologique des tourbières minérotrophes (fens) en est à ses débuts au Canada. À court terme, le but est d’introduire des communautés végétales qui ont le potentiel d’accélérer le retour de l’accumulation de la tourbe. Or, les connaissances actuelles des communautés végétales et des processus écosystémiques propres aux fens sont limitées. Cette recherche doctorale a pour objectif de définir un écosystème de référence pour des fens modérément riches à riches du sud-est du Canada et de cibler des communautés végétales préférentielles à l’atteinte des buts de restauration écologique des tourbières. Afin de consolider l’écosystème de référence, trois sources d’informations (temporelle, spatiale et empirique) ont été utilisées. L’analyse paléoécologique nous informe sur la dynamique de développement hydroséral, somme toute stable, d’un écosystème tourbeux sur une période de 8000 ans. Le comblement d’un plan d’eau est à l’origine de la tourbière où se sont succédées des communautés végétales de grandes cypéracées, puis des communautés dominées par les mousses brunes et les cypéracées basses. Les processus autogènes semblent avoir été prédominants dans l’évolution de la tourbière telle qu’elle est aujourd’hui. La caractérisation de treize fens naturels a résulté à l’identification de deux communautés végétales. La première est une communauté de grandes-cypéracées (magnocariçaie) associée à une production de biomasse et à un niveau d’eau élevés. La seconde est une communauté plus diversifiée de Sphagnum(warnstorfii)-Thuja. À l’exception du S. warnstorfii, cette communauté se compose davantage d’espèces généralistes des tourbières boréales qui croissent dans des habitats plus secs ou ombragés tels que les buttes ou les sous-bois. L’étude met aussi en lumière l’importance du Thuja occidentalis dans les fens régionaux. Sa présence, en densité modérée, devrait être favorisée à long terme. Trois fens naturelles ont été sélectionnées pour une étude approfondie des caractéristiques fonctionnelles de production primaire nette (PPN) et de taux de décomposition. La moyenne de PPN incluant toutes les strates de végétation est de 450 g m⁻² an⁻¹. Cette étude confirme l’importance des estimations de PPN du compartiment souterrain (45% de la biomasse totale), des bryophytes (21%) et des arbres (16%). Le S. warsntorfii est la mousse la plus productive (140 g m⁻² an⁻¹) et celle qui se décompose le plus lentement (valeur annuelle de décomposition exponentielle k de 0,07). La présence du S. warnstorfii contribue à l’augmentation du potentiel d’accumulation de tourbe. Les communautés du biotope des buttes ont également un meilleur potentiel d’accumulation de tourbe que celles des platières. Finalement, dans la partie expérimentale de la thèse, il a été conclu qu’il n’est pas nécessaire d’augmenter la diversité spécifique et structurelle pour accroître les chances de retour de l’accumulation de tourbe. La performance des variables mesurées est plutôt dépendante de l’identité des espèces composant les assemblages. La présence du Myrica gale, du Carex aquatilis ou du S. warnstorfii dans une communauté augmente significativement la production de biomasse sur le terrain. La présence d’une bryophyte augmente le recrutement de nouvelles espèces tandis que le M. gale ou le C. aquatilis le diminue. La complémentarité entre les espèces a été l’effet dominant sur la production de biomasse dans l’expérience terrain, tandis que l’effet de sélection a été observé en serre. On conclut qu’il existe des relations synergiques dans la décomposition de plusieurs litières mises en association. Une production de biomasse plus élevée devra ainsi être ciblée si le taux global de décomposition est prévu d’augmenter. Suite à la synthèse de ces trois chapitres, il est recommandé d’inclure des bryophytes dans les communautés à restaurer, en particulier le S. warnstorfii afin d’accélérer le retour des fonctions dans les tourbières restaurées et le recrutement de nouvelles espèces. Une communauté de grandes cypéracées est considérée lorsque l’introduction de bryophytes est hasardeuse. / When setting up a restoration project, it is imperative to define a reference ecosystem. This will determine the actions to be taken. In Canada, the ecological restoration of the minerotrophics peatlands (fens) is at its infancy stage. In the short term, the restoration goal is to introduce plant communities that have the potential to accelerate the return of peat accumulation. However, current knowledge of plant communities and ecosystem processes specific to fen are limited. The aim of this doctoral research is to define a reference ecosystem for moderately rich to rich fens in southeastern Canada and to target preferential plant communities to achieve the ecological restoration goals of peatlands. In order to consolidate the reference ecosystem, three sources of information were used: temporal, spatial, and empirical. Paleoecological analysis shows us the dynamics of the hydroseral development, notably how stable plant communities has been over a period of 8000 years. Terrestrialization was at the origin of the peatland development. Not long after body of water filled, tall cyperaceae community were followed by communities dominated by the brown mosses and the small cyperaceae. Autogenous processes seem to have been predominant in the evolution of the peatland. The characterization of thirteen natural fens has resulted in the grouping of two plant communities. The first is a tall cyperaceae (magnocaricion) community associated with high biomass production and high water level, the second is a more diverse community of Sphagnum (warnstorfii)–Thuja. With the exception of S. warnstorfii, this community is composed primarily of generalist species of boreal peatlands that grow in drier or shaded habitats, such as underwood or hummocks. The study also highlights the importance of Thuja occidentalis in regional fens. Over time and in moderate density, its presence should be promoted. Three natural fens were selected for an in-depth study of the functional characteristics of net primary production (NPP) and decomposition rates. The average production, including all vegetation layers, is 450 g m⁻² yr⁻¹. This study confirms the importance of the NPP estimations with regard to belowground (representing 45% of total biomass), bryophytes (21%) and trees (16%), among others. S. warsntorfii is the most productive bryophyte (140 g m⁻² yr⁻¹) and decomposes the slowest (annual exponential decomposition value k of 0.07). The presence of S. warnstorfii contributes to the increased potential for peat accumulation. The communities of the hummock biotope also have a better peat accumulation potential than those of lawns. Finally, in the experimental part of the thesis, it was concluded that there is no need to increase specific or structural diversity to increase the chances of return of peat accumulation. The performance of the measured variables is rather dependent on the identity of the species composing the assemblages. In the field, the presence of Myrica gale, Carex aquatilis or Sphagnum warnstorfii, individually or in combination, increases biomass production. The combination of these three species leads to transgressive overyielding for the production of aerial biomass. The presence of a bryophyte increases the recruitment of new species while M. gale or C. aquatilis will decrease it. The complementarity between species was the dominant effect on biomass production in the field experiment, while the selection effect was observed in greenhouses. Moreover, we concluded that there are synergistic relationships in the decomposition of litters when grouped. Higher biomass production should therefore be targeted if the overall rate of decomposition is predicted to increase. Following the synthesis of the three chapters, it is recommended to include bryophytes in the communities to be restored, in particular S. warnstorfii, in order to accelerate the return of functions in the restored peatlands, and the recruitment and establishment of new species. A community of tall cyperaceae could be considered when the introduction of bryophytes is hazardous and where water levels are forecasted to be high. In short, the preferential plant communities targeted in the reference will accelerate the return of the peat accumulation function and the revival of plant diversity.

La forêt boréale canadienne est fragmentée par plusieurs centaines de milliers de kilomètres de routes. Ces routes sont souvent construites sur des tourbières, un type de milieu humide caractérisé par son accumulation de tourbe, ce qui peut avoir plusieurs impacts sur l'environnement, comme la perturbation de la circulation de l'eau, la perte locale de séquestration du carbone et l'enrichissement en nutriments du site adjacent à la perturbation. Une nouvelle approche de restauration a été testée sur une tourbière affectée par un chemin utilisé dans le cadre de l'extraction des sables bitumineux dans la région de Fort McMurray en Alberta. Cette nouvelle approche consiste en l'extraction partielle du substrat minéral formant la route, l'application de matériel végétal directement sur le substrat minéral résiduel exposé, et la création de canaux souterrains pour favoriser la circulation de l'eau au niveau de la nappe phréatique à travers la route. Le succès de la méthode de restauration a été évalué en fonction de quatre objectifs : 1) rétablir l'homogénéité de la nappe phréatique de part et d'autre de la route; 2) établir de conditions de surface favorables à des communautés végétales typiques des fens; 3) limiter l'impact de la route sur les conditions physico-chimiques de la tourbière entourant la route; et 4) favoriser le retour de communautés végétales typiques des tourbières de la région. Les résultats de cette étude démontrent que la technique de restauration employée permet une meilleure circulation de l'eau et des conditions de surface favorables aux espèces ciblées. Malgré ces améliorations, la route continue à exercer un léger effet de barrage dans les six premiers mètres de la tourbière adjacente. Un effet d'enrichissement en nutriments de la tourbière a été constaté jusqu'à une distance de 2 m d'éloignement de la route. Le succès du rétablissement des communautés végétales n'a pu être confirmé au cours de cette étude se déroulant les deux premières années post-restauration, comme la régénération de communautés ciblées peut prendre plus de trois années. Comme ce projet est l'un des premiers à tester le transfert de la couche muscinale directement sur substrat minéral d'une route, une expérience en serre a également été effectuée afin de déterminer quelles espèces de sphaignes et d'autres mousses sont les mieux adaptées à la colonisation du substrat minéral dans le nord de l'Alberta. Le taux de survie de sept espèces de bryophytes a été évalué sur une période de quatre mois en fonction de la présence ou l'absence d'ombrage. Toutefois, d'autres expériences en serre seront nécessaires pour corroborer ces résultats, et pour étudier un plus grand nombre d'espèces de mousses et ainsi déterminer quels taxons sont plus aptes à coloniser un substrat minéral. Bien que davantage de recherches soient nécessaires, les connaissances acquises lors de cette étude permettront à l'industrie, à des instances gouvernementales et d'autres organismes œuvrant dans les milieux humides à continuer de développer des techniques de restauration prometteuses sur substrat minéral en milieu humide et ainsi promouvoir un développement plus durable en réduisant leur empreinte écologique. / The Canadian boreal forest is fragmented by several hundreds of thousands of kilometers of roads. These roads are often built on peatland, a type of wetland characterized by its accumulation of peat. Roads can have several impacts on the environment, such as the nutrient enrichment of the nearby peatland and the disruption of the water flow. A new reclamation approach was tested on a bog disturbed by a road used for oil sands extraction in the Fort McMurray region, in Alberta. This new approach consists in the partial extraction of the road mineral substrate (in order to rewet the road), the application of the Moss Layer Transfer Technique directly on the residual mineral substrate, and the creation of channels to induce a better water flow at the water table level through the road. The success of the restoration technique is assessed on the basis of four objectives: 1) restoring the homogeneity of the water table on both sides of the road; 2) establishing surface conditions favorable to the target plant communities; 3) mitigating the impact of the road on the physicochemical conditions of the adjacent peatland; 4) restoring plant communities typical of the region's peatlands. The results of this study show that the restoration technique used makes it possible to induce better water flow and surface conditions favorable for the targeted species. However, despite these improvements, the road continues to have a dam effect on the water flow coming from the adjacent peatland. Additionally, an enrichment effect for several chemical elements and components up to a distance of 2 m from the road have been measured in the peatland. As this project is one of the first of its kind to apply the Moss Layer Transfer Technique directly on mineral substrate of a road, a greenhouse experiment was carried out to determine which Sphagnum and other moss species are best suited for the colonization of mineral substrate in northern Alberta. The survival of seven bryophyte species was assessed over a four-month period based on the presence or absence of shading. Further greenhouse experiments will be needed to corroborate these results, to study a greater number of moss species and thus determine which taxa are more apt to colonize a mineral substrate. Although more research is needed, the knowledge acquired during this study will allow industry, government and other organizations working in wetlands to continue to develop promising wetland restoration techniques on mineral substrate and thus promote a more sustainable development by reducing their ecological footprint.

L’objectif de cette maîtrise est de développer une matrice alimentaire sans gluten par l’incorporation des protéines de canola (PC) dans une farine de riz blanc afin d’offrir aux personnes intolérantes au gluten un produit de bonne qualité d’un point de vue organoleptique (volume massique, structure alvéolaire et couleur) et de valeur nutritionnelle. La matrice sélectionnée est du pain à base de farine de riz blanc. Cinq formulations ont été testées dans la première partie de ce travail : témoin-1 (blé tendre), témoin-2 (100% riz), pain de riz +3% PC, pain de riz + 6% PC, pain de riz + 9% PC. Les produits obtenus ont été caractérisés à toutes les étapes de fabrication en utilisant différentes techniques : poussée volumique, variation thermique au cours des étuvages et de la cuisson, pH (acidité), perte d’eau, volume massique, analyse colorimétrique, dosage des protéines et analyse du profil de la texture. Dans la deuxième partie, deux variables indépendantes ont été additionnées; soit shortening (1, 2, 3%) et gomme de xanthane (0.5, 1, 1.5%), dans le but d’améliorer le volume massique de la meilleure formulation obtenue dans l’étape précédente. Ensuite, des essais de correction ont été attribués aux produits obtenus par l’introduction du bicarbonate de sodium (0.5, 1, 1.5%) et d’huile de canola à la place du shortening (1, 2, 3%). Les tests de panification ont donné différents volumes massiques et structures alvéolaires qui étaient jugés de qualité inférieure à celle du témoin-1 (2.518 mL/g), mais largement supérieure à celle du témoin-2 (1.417 mL/g). Le meilleur volume massique obtenu est de 1.777 mL/g, correspondant à celui du pain obtenu par la combinaison 6%PC+0.5%GH+B 1.5%+ H3%. Finalement, les résultats de ce projet ont montré l’impact positif de l’incorporation des protéines de canola dans un pain sans gluten à base de farine de riz blanc. Ce travail constitue une contribution à la possibilité de substituer le gluten par d’autres protéines ayant de bonnes propriétés techno-fonctionnelles, en particulier la capacité à donner du volume au produit final. / This study aimed at developing a gluten-free food matrix by incorporating canola proteins in white rice flour bread formulation. This matrix offers to persons intolerant to gluten a product with good quality such as including enhanced mass volume, honeycomb structure, attractive color, and good nutritional value. In the first step, we tested five formulations, namely control-1 (100% wheat flour), control-2 (100% rice flour), rice flour + 3% PC, rice flour + 6% PC and rice flour + 9% PC. At each single manufacturing step, the initial and final products have been characterized using different techniques including volume expansion, temperature profile during fermentation and cooking, pH (acidity), water loss, mass volume, colorimetric analysis, total protein content, and texture profile analysis. At the second step, two independent variables were added: shortening (1, 2, 3%) and xanthan gum (0.5, 1, 1.5%) in order to improve the mass volume of the loaf obtained by the best formulation among the five tested in the first step. Thereafter, correction attempts have been made to the obtained products by adding sodium bicarbonate (0.5, 1 and 1.5%) and canola oil instead of shortening (1, 2, 3%). Bread making tests showed different mass volumes and honeycomb structures of lower quality compared to those of control-1 bread (2.518 mL/g), but significantly higher than those of control-2 (1.417 mL / g). The highest mass volume of 1.777 mL/g was obtained with the following bread formulation: 6% 0.5% PC + GH + B + 1.5% H3%. In summary, this project demonstrated the positive impact of canola proteins incorporation into white rice flour-based gluten-free bread. These results contribute to the progress of current research focusing on substituting gluten by other proteins having good technofunctional properties.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / Le tourteau de canola représente une importante source de protéines de haute valeur nutritionnelle et pourrait faire l’objet de multiples utilisations dans l’alimentation humaine. Toutefois, l’extraction conventionnelle de ces protéines, généralement réalisée en milieu fortement alcalin, altère leurs qualités et fonctionnalités. De plus, l'engouement pour les technologies vertes, justifié par la pollution générée par l’industrie agroalimentaire et la consommation accrue de l’énergie par celle-ci, incite les industriels à innover en utilisant des méthodes d'extraction alternatives respectueuses des principes du développement durable. Dans ce contexte, l’électro-activation, une technologie novatrice et prometteuse pour l’industrie alimentaire, a fait l’objet d’une étude détaillée sur son utilisation pour produire des solutions d’extraction ayant un pouvoir extractif élevé. Elle consiste à appliquer un champ électrique pour activer des solutions aqueuses, légèrement salines, pour les utiliser dans la réalisation de différentes réactions chimiques, y compris l’extraction de protéines. Ce projet vise à démontrer la preuve du concept de l’efficacité de l’électro-activation à être utilisée comme technologie d’extraction sans utilisation d’acides et de bases et à étudier son potentiel pour l’extraction des protéines à partir de tourteau de canola. Le premier objectif consistait à étudier l'effet du pH, de la concentration du tourteau de canola et de sel sur le taux d'extraction des protéines par la méthode d’extraction conventionnelle. Il en est ressorti que seul le pH a un effet significatif sur le taux d’extraction. Cette étude a servi de témoin pour la comparaison avec l’extraction par la technologie de l’électro-activation en solution. Le deuxième objectif visait à étudier les propriétés alcalines des solutions électro-activées (SEA) en fonction du type de configuration du réacteur d’électro-activation, l'intensité du courant électrique, la concentration du sel ajouté et le temps d’électro-activation (de traitement). Les résultats obtenus ont montré que toutes les solutions électro-activées après 10 minutes ont toutes été caractérisées par un pH très alcalin (pH &gt; 10), mais leur alcalinité titrable a varié de manière significative en fonction du temps d’électro-activation et de l'intensité du courant appliqué (les facteurs les plus importants), ainsi que de la concentration du sel et du type de configuration. Cette étude a montré qu'en modifiant les paramètres d’électro-activation, il était possible de moduler les propriétés alcalines des solutions aqueuses électro-activées pour une éventuelle utilisation comme conditions optimales pour l'extraction des protéines à partir de tourteau de canola. Le troisième objectif consistait à évaluer et comprendre l’effet de l’électro-activation sur le taux d'extraction des protéines du tourteau de canola et leurs propriétés physico-chimiques. Dans cette optique, les solutions électro-activées (SEA) optimisées et une solution de NaOH (témoin) ont été utilisées. Les résultats obtenus ont montré que le taux d'extraction était plus élevé avec l’utilisation des SEA. De plus, les résultats obtenus par l’analyse SDS-PAGE indiquaient que les protéines extraites par les SEA ont été nettement moins dénaturées comparées à celles extraites avec du NaOH. L’analyse par FTIR a révélé la présence de pics plus étroits, témoignant de la structure native secondaires des protéines extraites par électro-activation. Le quatrième objectif visait l’étude des propriétés fonctionnelles des protéines de canola extraites par électro-activation et leur comparaison avec les propriétés de protéines extraites par la méthode conventionnelle avec du NaOH. Les résultats obtenus ont montré des améliorations dans les propriétés de surface telles que l'émulsification et la taille des particules pour les protéines extraites par des SEA. En outre, les protéines extraites par électro-activation étaient plus efficaces pour abaisser la tension de surface liée à leur taux de flexibilité et taux d'adsorption plus élevé. Le cinquième objectif a fait l’objet d’une étude dans laquelle les protéines extraites par électro-activation sous forme de concentrés et d'isolats ont été ajoutées à une formulation de biscuits sans gluten afin d'étudier leur comportement dans une réelle matrice alimentaire. La formulation de biscuits sans gluten est à base d’une combinaison de farine de sarrasin biologique cultivé au Québec et de farine de riz. Les résultats obtenus ont permis de démontrer la pertinence d’ajouter des protéines de canola dans ce genre de produit. En effet, par rapport à une farine sans gluten seule, l'ajout des protéines de canola a nettement amélioré la texture des biscuits, la valeur nutritionnelle et l’acceptabilité générale du produit, ce qui a était soutenu par une évaluation sensorielle. Finalement et compte tenu des résultats obtenus à chacune des étapes ce projet de doctorat, il est possible de conclure que les solutions aqueuses électro-activées (SEA) sont des agents d'extraction puissants qui offrent des perspectives prometteuses pour l'extraction de protéines de canola et pourraient être appliquées à d'autres tourteaux oléagineux. En plus, leur utilisation comme substitut d’agents chimiques d’extraction en fait la preuve de l’adéquation totale avec les concepts du développement durable. / Canola meal is an alternative source of valuable proteins which can be valorized for human consumption. However, conventional extraction which implies the use of chemical alkali and acids has a serious impact on their quality and functionality. In addition, today’s trend towards “eco-friendly” technologies urges scientists to look for alternative methods of protein extraction. A novel technology of electro-activation (EA) has been reported to produce solutions with high extraction potential by subjecting dilute salt solutions to the energy of external electric field. Therefore the aim of the work was to study the efficiency of electro-activated solutions for protein extraction from canola meal as a “green” emerging approach. The first objective was to find the optimal conditions for higher extractability from canola meal by studying the effects of pH, meal to solvent ratio, and salt concentration. It was found that pH of the extracting medium had the most significant effect on protein extractability. This study served as a reference template for further comparison with extraction by electro-activated solutions (EAS). Second objective aimed to study the properties of electro-activated solutions depending on the type of configuration, current intensity, salt concentration, and the time of treatment. All the solutions after 10 min treatment were characterized by highly alkaline pH (&gt; 10) gradually attaining pH ~12, yet their titratable alkalinity differed significantly depending on the time and the current intensity as the most important factors as well as on the salt concentration and cell configuration. However, most importantly, it was shown that by changing the parameters of electro-activation, optimal conditions for proteins extraction can be modulated. Third objective focused on protein extraction from canola meal. Electro-activated solutions optimized in the second objective were compared to chemical base in terms of protein extractability, and their effect on the physico-chemical properties and secondary structure. The results showed comparably higher extractability rates for electro-activated solutions as well as less damaged proteins as was reflected in the FTIR spectra and SDS-PAGE analyses. The fourth objective was to study the proteins` functionality, which showed certain improvements in surface related properties such as emulsion activity index and droplet size for proteins extracted by electro-activated solutions. Also they were more efficient in lowering the surface tension which pointed at their higher flexibility and adsorption rate. Finally, for the fifth objective the extracted proteins in the form of concentrates and isolates were added to gluten-free biscuit formulation in order to investigate their behavior in a real food matrix. In comparison with gluten free flour blend consisting of the mixture of rice and buckwheat flours, the addition of canola proteins markedly improved the texture of biscuits, their nutritional value, and general acceptance which was supported by sensorial test. Considering the results obtained at each of the stages it is possible to conclude that electro-activated solutions are powerful extracting agents providing promising perspectives for the extraction of proteins from canola and other oilseeds. Moreover their utilization will allow to eliminate the use of chemical bases for the extraction step which well corresponds to the aims stated by the concept of sustainable development.