Caractérisation des sols granulaires au moyen de la vitesse des ondes de cisaillement

Les réponses des sols aux diverses sollicitations qu'ils subissent à l'état naturel sur site sont multiples et dépendent de nombreux facteurs tel que leur nature, le domaine de sollicitation, la présence d'eau et plusieurs autres facteurs (état de contrainte, présence de cavités, etc.). La connaissance du domaine des petites et moyennes déformations pour le dimensionnement de nombreux ouvrages sur des dépôts de sols argileux ou sableux est d'une grande importance. La détermination des propriétés mécaniques des sols dans le domaine des petites déformations est néanmoins importante dans plusieurs applications en géotechnique. Le besoin de déterminer le module de cisaillement des sols à faibles déformations a conduit au développement de différents outils d'investigation.Les outils non intrusifs basés sur la propagation des ondes de surface permettent de s'affranchir des problèmes de remaniement du sol et la détermination des paramètres fondamentaux (G[indice inférieur max]) du sol dans leur vrai état des contraintes. L'étude menée dans ce travail se résume essentiellement en deux volets. Une présentation détaillée, des différentes méthodes et techniques qui déterminent la vitesse d'onde de cisaillement V[indice inférieur s] lors de la caractérisation des sols, est faite en premier stade. On se focalise à décrire le dispositif des bilames piézo-électriques (utilités, avantages et limitations). En second volet, on se consacre sur la caractérisation des sols granulaires au moyen de V[indice inférieur s]. Des simulations numériques illustrées par des essais aux laboratoires sur un modèle simplifié de la cellule oedométrique équipée du dispositif des anneaux piézo-électriques, ont été dirigés. En considérant trois sols pulvérulents de différentes propriétés granulométriques, on a pu voir les difficultés d'interprétation des résultats suivant les méthodes directes dans le domaine temporel. Alors que, des résultats traités dans le domaine fréquentiel se sont avérés plus réalistes.

Les pratiques agroécologiques dans les exploitations agricoles urbaines et périurbaines pour la sécurité alimentaire des villes d'Afrique subsaharienne

Les villes d’Afrique subsaharienne devront faire face à de grands phénomènes complexes dans les prochaines décennies : une forte croissance démographique, une demande alimentaire croissante, des impacts des changements climatiques, une augmentation des problématiques environnementales dues aux activités humaines en développement. Les difficultés de gestion de ces grands phénomènes s’ajouteront aux problématiques économiques, politiques, alimentaires, législatives, sanitaires et sociales déjà omniprésentes à différentes échelles dans les villes d’Afrique subsaharienne. L’ensemble de ces défis et ces contraintes nuit au développement des activités agricoles urbaines et périurbaines qui ont peu d’options à leur disposition pour bâtir des systèmes efficaces et productifs dans ces milieux denses et perturbés. Les préoccupations de durabilité et de santé peuvent alors souvent se trouver au bas de la liste de priorité des producteurs. L’agriculture maraîchère urbaine et périurbaine peut cependant offrir plusieurs bénéfices importants pour les citoyens et la gestion écologiques des villes. Elle participe d’une part à l’approvisionnement en aliments frais localement produits pour les citoyens urbains de diverses classes sociales. Elle a des impacts positifs sur la sécurité alimentaire et nutritionnelle ainsi que sur les conditions économiques des ménages à faible revenu. La proximité des marchés et des services urbains offrent aussi des avantages intéressants pour les producteurs qui peuvent écouler leur marchandise hautement périssable sur les marchés urbains et s’approvisionner en intrants dans les commerces et les industries urbaines. Les activités agricoles urbaines et périurbaines présentent cependant des risques pour la santé et la qualité de l’environnement urbain et périurbain puisqu’elles utilisent parfois de grandes quantités d’intrants synthétiques ou des sources de fertilisation inappropriée pour la culture des fruits et légumes. Les dernières décennies de domination d’agriculture conventionnelle nous ont permis d’apprendre que les pratiques tels que l’usage abondant d’intrants chimiques et synthétiques, le lourd travail des sols, l’utilisation d’une faible diversité de cultivars à haut rendement et les techniques d’irrigation inadaptée aux conditions locales engendrent des impacts négatifs importants sur le plan environnemental et écologique. Aujourd’hui, de nombreuses solutions de rechange sont proposées pour remplacer le modèle agricole conventionnel mondial. L’agroécologie fait partie de ces solutions de rechange et propose une vision plus intégrative de l’agriculture. Elle propose une vision des systèmes alimentaires en entier plutôt que des paramètres agricoles qui permettent d’augmenter la production alimentaire. Cet essai explore la possibilité de pratiquer une agriculture urbaine et périurbaine basée selon les principes de cette vision agroécologique dans les villes d’Afrique subsaharienne. Cet essai explore aussi de façon complémentaire l’opportunité que représente cette avenue pour répondre aux besoins alimentaires des villes d’Afrique subsaharienne. Les pratiques agroécologiques proposées et décrites offrent des possibilités différentes de travailler sur les principaux éléments agricoles d’une exploitation urbaine ou périurbaine (e.g. travail du sol, fertilisation, irrigation, protection des cultures, organisation des cultures et du paysage). Les pratiques agroécologiques présentent des possibilités variables de transformer les agroécosystèmes urbains en systèmes durables, équitables, socialement et culturellement sensibles ainsi qu’économiquement viables. Pour évaluer si les pratiques agroécologiques ont un bon potentiel d’application dans un lieu donné, il faut regarder si elles offrent la possibilité de répondre aux besoins et aux contraintes du type de production agricole concerné, des acteurs impliqués et des caractéristiques agroécologiques et environnementales du site d’exploitation. Si ces éléments ne sont pas tenus en compte, les agroécosystèmes ne pourront pas tirer profit au maximum des avantages que représente l’approche agroécologique. L’implication des autorités nationales et internationales, ainsi que des investissements dans le domaine de la recherche et du développement sont essentiels pour arriver à une plus grande adoption de pratiques agroécologiques dans les milieux urbains et périurbains.

Atteindre une sécurité alimentaire durable : analyse des solutions de rechange à l’agriculture conventionnelle

Les méthodes agricoles ou les modes de production alimentaire sont guidés par nos besoins en tant que société. Se nourrir reste un besoin vital pour l’être humain et les sphères du développement durable font partie intégrante de cette nécessité. Nos comportements sociétaux ont contribué à dégrader radicalement les conditions environnementales des sols et des enjeux importants en ressortent. L’un des exemples le plus connu est les changements climatiques et son lot de problèmes associés. Le cercle vicieux se poursuit et va jusqu’à toucher nos besoins vitaux, donc se nourrir. La production agricole, en conséquence, fait face à cet enjeu climatique et elle doit y répondre pour survivre. Ainsi, l’objectif de cet essai est d’analyser les autres solutions possibles à l’agriculture conventionnelle qui existent en matière de productions alimentaires, et ce, en réponse aux enjeux de sécurité alimentaire. Le but est de démontrer comment ces solutions promeuvent les aspects du développement durable. Ultimement, des recommandations seront formulées afin que les acteurs du milieu alimentaire et agricole soient prêts à mettre de l’avant de meilleures pratiques pour l’avenir. L’agriculture urbaine, les microfermes, l’agriculture soutenue par la communauté, les marchés publics, l’évitement du gaspillage alimentaire et plusieurs autres solutions existent pour rendre le système agricole québécois plus durable. L’environnement, la société, l’économie et les autres sphères du développement durable doivent être des piliers importants dans la planification de projets en agriculture. La relève agricole doit se tourner vers ces autres options qui existent et qui sont mieux adaptées pour elle. L’implantation d’une microferme est un choix à privilégier pour sa capacité de produire de manière efficace sur une petite surface tout en étant une entreprise profitable. La formation continue permettrait de faire profiter les jeunes et les moins jeunes agriculteurs à de nouvelles initiatives en agriculture durable. L’efficacité énergétique doit être une priorité pour les producteurs et ainsi les énergies renouvelables doivent remplacer le carburant fossile. Les solutions sont à portée de main pour le milieu agricole, ainsi que les consommateurs. Il ne reste qu’à agir concrètement et mettre en place ces pratiques.

La gestion des lisiers par les grands producteurs porcins aux États-Unis : quelles sont les alternatives durables?

Les dernières décennies ont apporté de grandes transformations à l'élevage porcin, qui est dorénavant considérée comme une agro-industrie composée de quelques grands joueurs à l’échelle internationale. Ces changements structurels ont contribué à l’apparition de problèmes associés à la quantité croissante de lisier produite par le secteur porcin aux États-Unis. Certaines préoccupations environnementales telles que les impacts sur les eaux de surface et souterraine, les effets sur la qualité de l’air et des sols sont notamment soulevées. Par contre, lorsque la gestion et l’épandage du lisier sont faits de manière adéquate en prenant soin d’éviter toute forme de pollution, le lisier est un excellent engrais, riche en nutriments essentiels aux cultures. Actuellement, deux méthodes d’entreposage sont généralisées aux États-Unis : les fosses souterraines pour entreposer le lisier non-dilué et les lagunes ouvertes pour le lisier liquide. La majorité des producteurs valorisent toujours leur lisier par épandage aux champs. Malheureusement, les méthodes actuelles de gestion utilisées ne sont pas jugées durables, ni du point de vue environnemental, social ou économique. Pourtant, plusieurs pratiques durables et efficaces existent et peuvent être introduites de façon relativement simple comme entre autres, l’implantation de bandes riveraines et l’épandage du lisier en post-levée avec des engrais verts. De plus, la valorisation énergétique grâce à un digesteur anaérobie est une option forte intéressante en raison des avantages économiques qui peuvent découler de son utilisation. Pour le moment, ces méthodes restent toujours très marginales. Certains freins sont possiblement responsables de l’inaction face aux problèmes environnementaux causés par le lisier. Entre autres, le fait que les producteurs porcins soient maintenant sous contrats avec des firmes intégratrices, le monopole de certaines compagnies agroalimentaire et les emplois précaires offerts par les industries. Ainsi, après l’analyse de la gestion des lisiers aux États-Unis, plusieurs constats et recommandations ont pu être formulés : la nécessité de mettre en place une loi sur la qualité de l’air, les changements nécessaires au Clean Water Act, l’abolition des lagunes dans le but de mettre en place des méthodes plus durables telles les digesteurs anaérobies, la mise en place de moratoire pour les cheptels dans les régions avec des surplus d’éléments nutritifs dans le sol et enfin le retour graduel à une agriculture à plus petite échelle et locale.

Le verdissement des territoires industriels comme stratégie d'amélioration de la qualité de vie des Montréalais(e)s : étude de cas

L’augmentation des chaleurs estivales jumelée à l’augmentation des fréquences de smog affectera la santé publique. Le phénomène des îlots de chaleur urbain apporte son lot d’impacts environnementaux, sociaux et économiques partout à travers le monde. La perte de biodiversité, les maladies pulmonaires, la pauvreté et contamination des sols, les dépenses astronomiques liées aux traitements des eaux pluviales obligent les acteurs du territoire à trouver des mesures d’atténuation plus durable et impactant. Dans la foulée, le verdissement sous l’approche de l’arbre apparait comme une des stratégies les plus douces et simples à mettre en œuvre. Les bénéfices encourus par ces grands êtres vivants que sont les arbres peuvent aussi jouer à la fois sur l’économie, l’environnement et la santé. D’où l’engouement des métropoles à verdir leur espace urbain : parc, corridor forestier, îlot de verdure, etc. Alors que certaines villes visent à augmenter leur indice de canopée, d’autres espèrent seulement procurer de meilleures conditions de vie à leur masse citoyenne. Dans les grandes villes et les régions occidentales, dont au Québec et à Montréal, le verdissement demeure un terme récent et méconnu. L’objectif du document est de recommander des méthodes d’actions de verdissement à l’échelle des parcs industriels montréalais. Celui de l’arrondissement d’Anjou a été choisi comme étude de cas. Les conclusions de l’analyse permettent de réaliser qu’un projet de plantation d’arbres en milieu industriel se déroule en 2 phases et 10 étapes. En tenant compte du diagnostic territorial réalisé en amont, les acteurs du territoire ciblent des enjeux afin d’établir des situations gagnantes aux projets de verdissement. Cette démarche vise à insuffler un nouveau visage aux parcs industriels montréalais. Les territoires industriels ont trop longtemps été des lieux ingrats, sous-utilisés et dépourvus d’arbres, toutefois ils témoignent d’un immense potentiel de verdissement. D’où la raison d’y accorder une importance. Pour faire face à ce changement de vision, les élus, les énarques et les acteurs du territoire montréalais doivent miser : sur le développement d’une cohérence des politiques sectorielles, sur le renforcement des règlements d’urbanismes, sur une réelle lutte aux ICU et à l’atteinte des objectifs du Plan d’action canopée, sur la création d’incitatifs économiques favorables, sur le développement des capacités et enfin sur le réseautage des citoyens ainsi que sur le réseautage des adeptes de l’aménagement durable.

Analyse des impacts environnementaux des accords de libre-échange dans le secteur agricole : étude de cas de l’ALENA

La tendance internationale du commerce est actuellement basée sur une libéralisation et une ouverture des échanges entre les États. Pour faire suite à cette ouverture commerciale des frontières, plusieurs centaines d’accords de libre-échange sont ratifiés afin de réduire davantage les différents obstacles au commerce dans tous les secteurs. L’étude présente a pour objectif d’évaluer le libre-échange et plus particulièrement l’Accord de libre-échange nord-américain (ALENA) pour déterminer si les ententes commerciales sont de facto compatibles avec les objectifs environnementaux du développement durable, tout particulièrement dans le secteur agricole. L’analyse des théories du libre-échange démontre que la libéralisation du commerce mène généralement à la spécialisation et à un changement dans la composition des activités d’un pays. Cette hypothèse se concrétise dans le secteur agricole par une transition vers de grandes cultures d’une seule espèce, hautement mécanisées et dépendantes en intrants chimiques. Il résulte de ce changement de pratiques de multiples impacts environnementaux tels que la pollution de l’eau, de l’air et des sols, la perte de biodiversité, la propagation de ravageurs ainsi que la détérioration de la qualité du sol. Tous ces impacts environnementaux négatifs indiquent le manque de soutenabilité de ce modèle agricole. L’étude de cas de l’ALENA, un accord particulièrement intéressant à étudier vu son rôle décisif sur la scène des ententes commerciales, confirme ces résultats. Malgré les intentions louables d’intégrer un accord environnemental parallèle, les clauses établies ne sont pas suffisantes pour contrer les problématiques environnementales que la libéralisation des échanges a engendrées. En effet, un déplacement majeur de la production du Mexique vers les États-Unis a été constaté. Cela a entraîné une transition vers une production industrielle plus polluante. De multiples causes sont à la source de ce changement dans la production agricole, tel que le non-respect des clauses, l’asymétrie du pouvoir entre les membres, la privatisation et le pouvoir des lobbys, ainsi que le manque de pouvoir discrétionnaire des clauses environnementales. À partir de l’analyse de l’ALENA, des recommandations ont finalement été formulées afin d’offrir des pistes de solutions pour les prochains accords qui entreront en vigueur. D’abord, il est conseillé d’encourager la participation citoyenne dans le processus de négociation des accords. Ensuite, le processus d’évaluation des répercussions des accords pourrait être révisé pour obtenir des études plus détaillées. Il est aussi suggéré que le gouvernement porte une attention particulière à la production agricole de subsistance. Il est de plus proposé de se questionner collectivement sur la vision à long terme et sur le modèle de développement agricole désiré. Ensuite, il est suggéré d’analyser plus en profondeur la place du libre-échange particulièrement dans le secteur agricole. Finalement, il serait pertinent d’étudier des alternatives telles que l’économie écologique et le coopérativisme.

Analyse carbone de deux régimes et recommandations pour réduire l'impact environnemental de l'alimentation

L’impact environnemental global relié à l’alimentation présente un bilan sombre. L’agriculture industrielle est l’un des secteurs les plus polluants. Y sont associés, entre autres, la déplétion des ressources hydriques, la perte et l’érosion des sols, la dérive et la contamination par les pesticides, la perte de biodiversité, la déforestation, les déséquilibres des cycles de nutriments, la consommation de carburants fossiles, d’importantes émissions de gaz à effet de serre et la pollution des cours d’eau. Les choix alimentaires des Québécois sont directement reliés à ces impacts, puisque notre nourriture est en grande partie produite par l’agriculture industrielle. L’objectif de cet essai est de comparer les régimes locavores et végétaliens qui se présentent comme alternative pour réduire l’impact environnemental associé à l’alimentation. Le contexte de l’étude est au mois de janvier, au Québec. En regard aux impacts environnementaux des choix alimentaires et des modes de production, des recommandations visant la réduction de l’impact de l’alimentation sur l’environnement seront effectuées. L’exploration des régimes végétaliens et locavores dans un contexte hivernal québécois permet de déterminer quels sont les bénéfices et désavantages qui y sont associés sur le plan des gaz à effet de serre. Le transport sur des milliers de kilomètres de la plupart des aliments d’un régime végétalien en janvier génère un impact. Le régime locavore, quant à lui, inclut la consommation de viande, aliment pointé du doigt pour la forte pollution qu’elle engendre. Les conclusions de l’essai montrent que le régime végétalien présente un plus faible impact en termes de gaz à effet de serre que le régime locavore, lorsqu’il est pratiqué au mois de janvier au Québec. Les résultats indiquent que la consommation de viande et de produits animaux dans le régime locavore contribue à l’augmentation de l’impact de ce dernier. De plus, les aliments provenant de serres chauffées aux énergies fossiles présentaient aussi un bilan très négatif, par exemple la laitue. Les quantités de gaz à effet de serre émis pour une semaine de régime, en fonction des recommandations du Guide alimentaire canadien, étaient de 13,8 % supérieures pour le régime locavore. Au regard des résultats obtenus et du bilan environnemental de l’agriculture industrielle, plusieurs recommandations ont été proposées. La transition du système alimentaire vers des solutions locales et avec des circuits courts est à privilégier. Un changement dans les modes culturaux de la production conventionnelle à grande échelle vers des productions plus petites, biologiques et pratiquées selon des méthodes respectueuses de l’environnement est aussi souhaitable. Le changement des habitudes des consommateurs est essentiel, tant sur le plan du choix des aliments que sur le choix des marchands et de la façon de consommer. Finalement, toutes les parties prenantes impliquées dans la chaîne alimentaire sont invitées à dialoguer et à mettre en place des actions afin de réduire l’impact dévastateur de l’alimentation sur l’environnement.

Optimisation de l'extraction, en réacteur "batch", de biomasse énergétique à l'aide d'émulsions ultrasoniques de solvants verts

L’industrie des biocarburants de deuxième génération utilise, entre autre, la biomasse lignocellulosique issue de résidus forestiers et agricoles et celle issue de cultures énergétiques. Le sorgho sucré [Sorghum bicolor (L.) Moench] fait partie de ces cultures énergétiques. L’intérêt croissant de l’industrie agroalimentaire et des biocarburants pour cette plante est dû à sa haute teneur en sucres (jusqu’à 60% en masse sèche). En plus de se développer rapidement (en 5-6 mois), le sorgho sucré a l’avantage de pouvoir croître sur des sols pauvres en nutriments et dans des conditions de faibles apports en eau, ce qui en fait une matière première intéressante pour l’industrie, notamment pour la production de bioéthanol. Le concept de bioraffinerie alliant la production de biocarburants à celle de bioénergies ou de bioproduits est de plus en plus étudié afin de valoriser la production des biocarburants. Dans le contexte d’une bioraffinerie exploitant la biomasse lignocellulosique, il est nécessaire de s’intéresser aux différents métabolites extractibles en plus des macromolécules permettant la fabrication de biocarburants et de biocommodités. Ceux-ci pouvant avoir une haute valeur ajoutée et intéresser l’industrie pharmaceutique ou cosmétique par exemple. Les techniques classiques pour extraire ces métabolites sont notamment l’extraction au Soxhlet et par macération ou percolation, qui sont longues et coûteuses en énergie. Ce projet s’intéresse donc à une méthode d’extraction des métabolites primaires et secondaires du sorgho sucré, moins coûteuse et plus courte, permettant de valoriser économiquement l’exploitation industrielle du de cette culture énergétique. Ce travail au sein de la CRIEC-B a porté spécifiquement sur l’utilisation d’une émulsion ultrasonique eau/carbonate de diméthyle permettant de diminuer les temps d’opération (passant à moins d’une heure au lieu de plusieurs heures) et les quantités de solvants mis en jeu dans le procédé d’extraction. Cette émulsion extractive permet ainsi de solubiliser à la fois les métabolites hydrophiles et ceux hydrophobes. De plus, l’impact environnemental est limité par l’utilisation de solvants respectueux de l’environnement (80 % d’eau et 20 % de carbonate de diméthyle). L’utilisation de deux systèmes d’extraction a été étudiée. L’un consiste en la recirculation de l’émulsion, en continu, au travers du lit de biomasse; le deuxième permet la mise en contact de la biomasse et des solvants avec la sonde à ultrasons, créant l’émulsion et favorisant la sonolyse de la biomasse. Ainsi, en réacteur « batch » avec recirculation de l’émulsion eau/DMC, à 370 mL.min[indice supérieur -1], au sein du lit de biomasse, l’extraction est de 37,91 % en 5 minutes, ce qui est supérieur à la méthode ASTM D1105-96 (34,01 % en 11h). De plus, en réacteur « batch – piston », où la biomasse est en contact direct avec les ultrasons et l’émulsion eau/DMC, les meilleurs rendements sont de 35,39 % en 17,5 minutes, avec 15 psig de pression et 70 % d’amplitude des ultrasons. Des tests effectués sur des particules de sorgho grossières ont donné des résultats similaires avec 30,23 % d’extraits en réacteur « batch » avec recirculation de l’émulsion (5 min, 370 mL.min[indice supérieur -1]) et 34,66 % avec le réacteur « batch-piston » (30 psig, 30 minutes, 95 % d’amplitude).

Étude de la symbiose actinorhizienne chez l'aulne en présence de résidus miniers aurifères acidogènes

Les concentrations de métaux lourds retrouvées dans les sols augmentent considérablement depuis la révolution industrielle et s’accumulent quotidiennement dans la biosphère. Ces composés métalliques persisteront pendant plusieurs années au niveau des différents écosystèmes affectés et voyageront dans les chaînes alimentaires par bioaccumulation. Les activités humaines, telle que l’industrie minière contribuent activement à cette problématique environnementale. En effet, l’excavation minière perturbe la roche-mère et favorise l’oxydation des métaux lourds sulfurés qui, lentement, produiront de l’acide sulfurique. Cette acidification peut mobiliser les éléments métalliques stables en condition neutre ou alcaline. Ces phénomènes induisent la formation du drainage minier acide (DMA) qui peut contaminer les cours d’eau ou les nappes phréatiques à proximité. Plusieurs mines sont situées en Abitibi-Témiscamingue en raison de l’abondance de divers minerais dans la roche mère tels que l’or. Une importante quantité de déchets industriels est produite lors de l’excavation du minerai, dont les résidus miniers entreposés dans des bassins de rétention extérieurs. Ces bassins prennent de l’expansion quotidiennement autour du site minier substituant la place de la végétation saine et des territoires. Une mise en végétation des sites miniers du Québec est exigée depuis 1995 afin de redonner une apparence naturelle aux sites et limiter le phénomène d’érosion. Depuis 2013, un plan de réaménagement et de restauration des sites exploités est obligatoire selon la loi sur les mines. Ces bassins seront donc ciblés pour effectuer des essais de revégétalisation par l’entremise de plantes actinorhiziennes. Les plantes actinorhiziennes sont des végétaux robustes pouvant coloniser nombreux habitats perturbés et hostiles. L’aulne est une plante actinorhizienne pouvant établir une relation symbiotique avec l’actinobactérie fixatrice d’azote du genre Frankia. La symbiose actinorhizienne est une interaction équitablement profitable entre la plante et la bactérie. Cette symbiose repose sur la capacité de la bactérie à transformer, au niveau des nodules, l’azote atmosphérique en ammonium assimilable grâce à une enzyme spécifique, la nitrogénase. Lorsque la symbiose est bien établie, elle donnera un avantage significatif aux plantes pour leur développement et leur croissance, et ce, même dans un substrat pauvre en nutriments ou contaminé. En effet, la symbiose actinorhizienne permet d’améliorer la structure physicochimique d’un sol et de l’enrichir en azote grâce à la fixation de l’azote atmosphérique. Dans la région de l’Abitibi-Témiscamingue, la mine Doyon est une mine d’or qui détient des sols acidogènes contenant des traces non négligeables de métaux lourds. Ce projet de recherche en microbiologie environnementale avait comme objectif principal d’évaluer la capacité des aulnes rugueux et des aulnes crispés à coloniser des résidus miniers acidogènes aurifères (concentrations différentes de 0 %, 35 %, 65 % et 100 %) avec ou sans l’aide de Frankia. La dispersion des contaminants par les feuilles a aussi été étudiée afin d’évaluer le risque environnemental de l’utilisation des aulnes sur le terrain à des fins de revégétalisation. Les objectifs préliminaires avaient comme but d’évaluer la résistance, de manière individuelle, de la souche ACN10a du genre Frankia (par extrait aqueux) puis des espèces d’aulne aux résidus miniers non stérilisés. Par le fait même, la microflore des résidus miniers a été étudiée dans le but d’isoler des espèces symbiotiques d’endophytes écoadaptées aux conditions arides du site minier Doyon. Concernant les objectifs préliminaires, les résultats ont démontré que la souche ACN10a résiste bien jusqu’à 35 % d’extrait aqueux de résidus miniers de la mine Doyon. Pour les concentrations supérieures à 50 %, Frankia (souche ACN10a) a démontré une respiration cellulaire et des concentrations protéiques décroissantes en raison de la présence d’éléments toxiques biodisponibles dans l’extrait aqueux. Par ailleurs, les aulnes rugueux et crispés ont démontré une tolérance jusqu’à la concentration de 35 % de résidus miniers non stérilisés sans la présence de Frankia. Par la suite, les résultats d’isolement n’ont pas démontré la capacité des aulnes à recruter des bactéries symbiotiques à partir des résidus miniers de la mine Doyon. Concernant l’objectif principal, les résultats ont démontré que l’aulne rugueux résiste mieux que l’aulne crispé jusqu’aux concentrations de 35 % de résidus miniers lorsqu’inoculés en manifestant une meilleure biomasse sèche totale, une plus grande concentration de chlorophylle dans les feuilles et un plus grand nombre spécifique de nodules. L’établissement symbiotique a été affecté par la présence des résidus miniers acidogène révélant que le nombre de site d’infection racinaire diminuait en fonction des concentrations de résidus miniers croissantes (0 %, 35 %, 65 % et 100 %). Ensuite, une analyse des éléments chimiques des feuilles a démontré que le transfert des métaux lourds des résidus miniers vers les feuilles était minime. Les plantes révélant de hautes teneurs en métaux lourds dans leurs feuilles ont développé par le fait même, une faible biomasse aérienne limitant ainsi la dispersion de contaminants lors de la perte des feuilles à l’automne. Le modèle expérimental aulne-Frankia possédait un seuil de tolérance visible à la concentration de 35 % de résidus miniers acidogènes aurifères de la mine Doyon. De plus, la présence de la symbiose actinorhizienne a modulé la distribution de certains éléments chimiques dans les feuilles en comparaison avec les aulnes non-inoculés (molybdène, nickel). Puis, une similarité a été notée dans la composition chimique des feuilles d’aulnes inoculés s’étant développés dans 0 % (témoin positif) et 35 % de résidus miniers.

Effet des pesticides MCPA et imidaclopride sur la régulation des voies de signalisation du récepteur à la dioxine (AhR) et au récepteur aux androgènes (AR)

Avec l’ère industrielle sont venus les polluants environnementaux. Ils sont de plus en plus pointés du doigt pour une variété d’effets indésirables en particulier pour leur potentiel à affecter la santé humaine. Les pesticides font partie de ces polluants et leurs usages ne font que croître depuis une vingtaine d’années. Ces produits qui servent à améliorer la production agricole en éliminant les pestes qui ravagent les récoltes sont souvent peu étudiés à long terme avant d’être homologués. L’effet perturbateur au niveau cellulaire et les effets à long terme de ces pesticides sont peu connus. Pour ce projet de maîtrise, nous avons observé l’effet de deux pesticides, l’imidaclopride et l’acide 2-methyl-4-chlorophenoxyacetic (MCPA), sur les voies de signalisation du récepteur à la dioxine (AhR) et du récepteur aux androgènes (AR). L’imidaclopride est un insecticide de la famille des néonicotinoïdes, une classe de plus en plus utilisée. Ce pesticide est surtout connu pour être en lien avec le déclin des colonies d’abeilles depuis une décennie. Le MCPA est un des herbicides les plus utilisés au Québec, il est persistant et souvent retrouvé dans les eaux de la province. Nous avons traité des cellules du cancer du sein et des cellules du cancer de la prostate avec ces pesticides et nous avons vérifié si leur présence perturbait les deux voies de signalisation cellulaire à l’étude. Le récepteur AhR est un facteur de transcription activé par un ligand. Le TCDD, une dioxine, est le meilleur ligand exogène connu à ce jour de ce récepteur. Par contre, ses ligands naturels, des dérivés du tryptophane ou des facteurs de virulence de bactéries, l’activent de façon beaucoup moins forte. Lors de l’activation de la voie AhR, les gènes CYP1A1 et CYP1B1 sont transcrits et codent pour des enzymes du cytochrome P450 qui transforment les ligands en produits plus facilement éliminables. Dans un contexte où de l’œstradiol (E2) est présent dans les cellules, il y a une interaction croisée entre le récepteur à l’œstrogène (ER) et le récepteur AhR, qui fait en sorte que l’expression de CYP1A1 est réprimée. Cela se traduit en un ratio d’enzyme CYP1A1 à CYP1B1 différent qui pourrait augmenter la possibilité d’une accumulation de métabolites génotoxiques. En effet, CYP1B1 hydroxyle le ligand d’AhR mais aussi l’œstradiol en 4-hydroxyœstradiol (4-OHE), dont l’accumulation peut amener des mutations dans l’ADN alors que l’enzyme CYP1A1 l’hydroxyle en 2-hydroxyœstradiol (2-OHE), qui n’as aucun effet néfaste répertorié sur la cellule. Dans les cellules du cancer du sein, le MCPA appliqué en champs induisait fortement l’expression de CYP1B1 comparable à l’échantillon traité au témoin positif (TCDD), alors que CYP1A1 l’était que très légèrement par rapport au témoin non-traité. Au niveau protéique, CYP1A1 n’était qu’exprimée dans le témoin positif (TCDD) et ce, en quantité moindre lorsqu’il y avait présence d’œstradiol. CYP1B1 était fortement exprimée dans l’échantillon de TCDD, ce qui était attendu, mais aussi dans tous les échantillons traités au MCPA de NuFarm. Ces effets ne sont pas notés avec l’ingrédient actif du MCPA. La présence d’un ou plusieurs autres produits ajoutés dans le MCPA de la compagnie NuFarm en combinaison avec l’ingrédient actif pourrait activer la voie de signalisation d’AhR et causer ce débalancement dans l’expression des gènes CYP1A1 et CYP1B1. Nos résultats indiquent que plusieurs concentrations de l’ingrédient actif de l’imidaclopride ne perturbe pas les voies cellulaires d’AhR ni AR, alors que, le MCPA perturbe ces deux voies cellulaires. Par contre, c’est seulement celui produit par la compagnie NuFarm qui est utilisé en champs. Cette formulation appliquée en terrain agricole inclut l’ingrédient actif ainsi que les antigels, les surfactants et les adjuvants qui permettent au produit d’être plus efficace. L’ingrédient actif du MCPA seul n’affectait pas les deux voies. Le récepteur aux androgènes (AR) est aussi un facteur de transcription qui se lie à l’ADN afin de réguler l’expression des gènes et il est particulièrement important pour le développement et le maintien du phénotype masculin. Depuis une vingtaine d’années, des problèmes de baisse de libido et de fertilité s’accentuent dans notre société et semblent être reliés à la baisse de testostérone des hommes (Travison et al. 2007). Cette molécule est d’ailleurs un des deux ligands du récepteur AR, le deuxième étant la 5-dihydrotestostérone (DHT). Le facteur environnemental plutôt que le mode de vie semble être un facteur déterminant dans l’étude qui portait sur ce déclin. Les pesticides ont déjà été soupçonnés pour avoir un potentiel anti-androgénique, mais aucune étude ne fait un lien de causalité direct. Dans le projet de maitrise présenté dans ce document, l’expression des gènes marqueurs PSA (antigène spécifique de la prostate) et PCA3 (antigène du cancer de la prostate) a été quantifiée pour savoir si les pesticides ont un effet perturbateur sur la voie du récepteur AR. Dans les cellules du cancer de la prostate, l’expression de PSA et PCA3 était semblable au non-traité dans l’échantillon traité au MCPA (NuFarm), et ce, même après l’ajout de DHT, qui active l’expression de ces deux gènes. Cette fois-ci, l’ingrédient actif seul faisait en sorte que les deux gènes marqueurs étaient moins exprimés lors de l’ajout de la DHT, par rapport au témoin. Il semblerait que l’ingrédient actif est à la base de ce changement d’expression de nos gènes marqueurs. Donc, le MCPA pourrait avoir un effet anti-androgénique dans les cellules du cancer de la prostate. Donc, le MCPA est un pesticide qui affecte les voies de signalisation cellulaires AhR et AR. Il est particulier de noter que le pesticide appliqué en champ perturbe nettement plus les voies cellulaires. Il sera important de continuer à étudier les effets des pesticides sur l’homme au niveau cellulaire et de comprendre comment ils pourraient contribuer au développement du cancer.

Rôle de la protéine DUSP5 dans l’autophagie des cardiomyocytes

Résumé: L’autophagie est un processus essentiel au maintien de l’homéostasie cellulaire. Elle permet de dégrader et recycler aussi bien des organelles entières que des composants cytoplasmiques non fonctionnels. De plus, l’augmentation d’autophagie en condition de stress constitue une réponse adaptative favorisant la survie cellulaire. Chez les cardiomyocytes, l’autophagie en condition basale est indispensable au renouvellement, entre autres, des mitochondries et des protéines formant les sarcomères. De plus, les stress tels l’ischémie cardiaque ou la carence en nutriments induisent une augmentation de l’autophagie protectrice. Dans certaines conditions extrêmes, il a été suggéré qu’un surcroît d’autophagie puisse toutefois exacerber la pathologie cardiaque en provoquant la mort des cardiomyocytes. Considérant l’importance de ce processus dans la physiopathologie cardiaque, l’identification des mécanismes signalétiques régulant l’autophagie chez les cardiomyocytes a été le sujet de recherches intenses. À cet effet, l’activation des Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) a été démontrée pour réguler, avec d’autres voies signalétiques, l’autophagie et l’apoptose des cardiomyocytes. Il est donc probable que les Dual-Specificity Phosphatase (DUSP), enzymes clés contrôlant l’activité des MAPK, participent aussi à la régulation de l’autophagie. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons induit l’autophagie chez des cardiomyocytes isolés de rats nouveau-nés en culture. L’analyse de marqueurs d’autophagie par immunobuvardage démontre que l’activation des MAPK ERK1/2 et p38 corrèle avec l’activité autophagique chez les cardiomyocytes. Dans ces conditions, la diminution d’expression de la majorité des ARNm encodant les différentes DUSP retrouvées chez les cardiomyocytes contraste de façon marquée avec l’augmentation d’expression de l’ARNm Dusp5. De plus, nous avons démontré par une étude de gain de fonction que l’activation soutenue de p38 par surexpression d’un mutant MKK6 constitutivement actif stimule l’autophagie chez les cardiomyocytes. De façon surprenante, la perte de fonction de p38 obtenue par surexpression d’un mutant p38 dominant négatif n’altère en rien la réponse autophagique initiatrice dans notre modèle in vitro. Nos résultats suggèrent que les DUSP puissent réguler, via leurs actions sur les MAPK, d’importantes étapes du processus autophagique chez les cardiomyocytes.

Implication de TLE3 et KDM5A dans la régulation de la transcription des gènes cibles du récepteur des œstrogènes ERα

Dans le noyau cellulaire, l’ADN est compacté autour de petites protéines appelées histones formant ainsi le nucléosome, unité de base de la chromatine. Les nucléosomes contrôlent la liaison des facteurs de transcription à l’ADN et sont ainsi responsables de la régulation des processus cellulaires tels que la transcription. Afin de permettre l’expression des gènes, la chromatine est remodelée, c’est-à-dire que les nucléosomes sont repositionnés de manière à ce que la machinerie générale de la transcription puisse atteindre l’ADN afin de produire l’ARN messager. La moindre petite modification dans la fonction des facteurs de transcription ou des enzymes responsables du remodelage de la chromatine entraine des variations d’expression des gènes, et donc des maladies telles que les cancers. Le cancer du sein est le cancer le plus couramment développé chez les femmes. Cette maladie est principalement causée par l’activité du récepteur des œstrogènes ERα et de ses co-régulateurs ayant, pour la plupart, un rôle direct sur le remodelage de la chromatine. Afin de mieux comprendre le développement et la progression du cancer du sein, nous avons décidé d’étudier le rôle de deux co-régulateurs de ERα, TLE3 et KDM5A, impliqués dans le remodelage de la chromatine et dont la fonction dans le cancer du sein est indéterminée. Nous avons démontré que TLE3 est un partenaire d’interaction du facteur pionnier FoxA1, facteur nécessaire à la liaison de ERα sur l’ADN pour la transcription des gènes cibles de ce récepteur. L’interaction de TLE3 avec FoxA1 inhibe la liaison de ERα à l’ADN en absence d’œstrogènes, via le recrutement de HDAC2 qui déacétyle la chromatine, empêchant alors l’activation fortuite de la transcription en absence de signal. Quant à KDM5A, malgré sa réputation de répresseur de la transcription, dans le cancer du sein, cette déméthylase de H3K4me2/3 est un coactivateur de ERα, dû à son rôle direct sur l’expression du récepteur.

Analyse des signaux radars polarimétriques en bandes C et L pour le suivi de l'humidité du sol de sites forestiers

Résumé : Dans les couverts forestiers, le suivi de l’humidité du sol permet de prévenir plusieurs désastres tels que la paludification, les incendies et les inondations. Comme ce paramètre est très dynamique dans l’espace et dans le temps, son estimation à grande échelle présente un grand défi, d’où le recours à la télédétection radar. Le capteur radar à synthèse d’ouverture (RSO) est couramment utilisé grâce à sa vaste couverture et sa résolution spatiale élevée. Contrairement aux sols nus et aux zones agricoles, le suivi de l’humidité du sol en zone forestière est très peu étudié à cause de la complexité des processus de diffusion dans ce type de milieu. En effet, la forte atténuation de la contribution du sol par la végétation et la forte contribution de volume issue de la végétation réduisent énormément la sensibilité du signal radar à l’humidité du sol. Des études portées sur des couverts forestiers ont montré que le signal radar en bande C provient principalement de la couche supérieure et sature vite avec la densité de la végétation. Cependant, très peu d’études ont exploré le potentiel des paramètres polarimétriques, dérivés d’un capteur polarimétrique comme RADARSAT-2, pour suivre l’humidité du sol sur les couverts forestiers. L’effet du couvert végétal est moins important avec la bande L en raison de son importante profondeur de pénétration qui permet de mieux informer sur l’humidité du sol. L’objectif principal de ce projet est de suivre l’humidité du sol à partir de données radar entièrement polarimétriques en bandes C et L sur des sites forestiers. Les données utilisées sont celles de la campagne terrain Soil Moisture Active Passive Validation EXperiment 2012 (SMAPVEX12) tenue du 6 juin au 17 juillet 2012 au Manitoba (Canada). Quatre sites forestiers de feuillus ont été échantillonnés. L’espèce majoritaire présente est le peuplier faux-tremble. Les données utilisées incluent des mesures de l’humidité du sol, de la rugosité de surface du sol, des caractéristiques des sites forestiers (arbres, sous-bois, litières…) et des données radar entièrement polarimétriques aéroportées et satellitaires acquises respectivement, en bande L (UAVSAR) à 30˚ et 40˚ et en bande C (RADARSAT-2) entre 20˚ et 30˚. Plusieurs paramètres polarimétriques ont été dérivés des données UAVSAR et RADARSAT-2 : les coefficients de corrélation (ρHHVV, φHHVV, etc); la hauteur du socle; l’entropie (H), l’anisotropie (A) et l’angle alpha extraits de la décomposition de Cloude-Pottier; les puissances de diffusion de surface (Ps), de double bond (Pd) extraites de la décomposition de Freeman-Durden, etc. Des relations entre les données radar (coefficients de rétrodiffusion multifréquences et multipolarisations (linéaires et circulaires) et les paramètres polarimétriques) et l’humidité du sol ont été développées et analysées. Les résultats ont montré que 1) En bande L, plusieurs paramètres optimaux permettent le suivi de l’humidité du sol en zone forestière avec un coefficient de corrélation significatif (p-value < 0,05): σ[indice supérieur 0] linéaire et σ[indice supérieur 0] circulaire (le coefficient de corrélation, r, varie entre 0,60 et 0,96), Ps (r entre 0,59 et 0,84), Pd (r entre 0,6 et 0,82), ρHHHV_30˚, ρVVHV_30˚, φHHHV_30˚ and φHHVV_30˚ (r entre 0,56 et 0,81) alors qu’en bande C, ils sont réduits à φHHHV, φVVHV et φHHVV (r est autour de 0,90). 2) En bande L, les paramètres polarimétriques n’ont pas montré de valeur ajoutée par rapport aux signaux conventionnels multipolarisés d’amplitude, pour le suivi de l’humidité du sol sur les sites forestiers. En revanche, en bande C, certains paramètres polarimétriques ont montré de meilleures relations significatives avec l’humidité du sol que les signaux conventionnels multipolarisés d’amplitude.

Vers une compréhension mécanistique de la biocatalyse des composés pharmaceutiques dans des matrices complexes par traitement fongique (Trametes hirsuta)

La présence des contaminants organiques dans l’environnement est une problématique aux enjeux aussi bien scientifiques que politiques. Le caractère diffus et continu (différentes et multiples sources) de cette contamination ne permet pas à ces molécules biologiquement actives d’être soumises à une législation. Ces molécules, pouvant être très récalcitrantes, ne sont pas systématiquement éliminées par les systèmes de traitement des eaux conventionnels. Actuellement, de nouveaux procédés biotechnologiques basés sur des enzymes extracellulaires (e.g. Laccase) ou des champignons lignivores permettent l’élimination des composés les plus récalcitrants. Notre compréhension des mécanismes impliqués dans cette élimination reste incomplète. En effet, la biosorption et l’activité des enzymes extracellulaire sont les mécanismes les plus souvent mis en avant pour expliquer l’efficacité des procédés d’élimination fongique, mais ne sont pas capables d’expliquer les performances obtenues pour certains composés pharmaceutiques. Ces lacunes dans nos connaissances sur les mécanismes responsables de l’élimination fongique des contaminants organiques sont un frein à la pleine exploitation de ces procédés de traitement. De plus, il est forcé d’admettre qu’un grand nombre de travaux portant sur l’élimination fongique de contaminants organiques ont été réalisés dans des conditions de hautes concentrations, qui peuvent être peu représentatives des matrices environnementales. Ainsi, les effets observés à plus forte concentration peuvent etre le résultat dû au stress de l’organisme au contact des contaminants (toxicités). Cette thèse adresse deux questions ; ainsi quelle est l’influence des concentrations traces sur de tels procédés ? Et comment expliquer l’élimination de certains contaminants organiques lors des traitements fongiques ? Afin d’apporter des éléments de réponse sur les mécanismes mis en jeux lors de l’élimination fongique, les travaux présentés ici ont été réalisés sur un modèle de champignon lignivore connu pour ses propriétés en bioremediation. Dans un premier temps, un développement analytique permettant la quantification d’une sélection de contaminants organiques à l’état de traces a été réalisé. Cette méthode a permis d’effectuer des analyses de ces molécules à partir d’un seul échantillon environnemental de faible biomasse et à partir d’une seule injection instrumentale. Les résultats de cette thèse démontrent que l’élimination fongique de contaminants organiques résulte de mécanismes plus complexes que précédemment décrits. Notamment, la dégradation est fortement dépendante d’une étape initiale d’internalisation du contaminant par l’organisme ciblé et de la dégradation intracellulaire. Les mécanismes impliqués peuvent ainsi donnés lieux à des réactions de conjugaison intracellulaire des molecules (glucuronide, glutathione). Les résultats démontrent également que ces procédés d’élimination fongique sont efficaces sur une large gamme de concentration en contaminants organiques. Cependant, les faibles concentrations modifient les propriétés physico-chimiques et biologiques de l’organisme testé (i.e. un changement de la morphologie et du profil de la production enzymatique). La réponse biologique n’étant pas directement proportionnelle a l’exposition en contaminant. Cette étude a permis d’accroitre notre compréhension des mécanismes impliqués dans la dégradation fongique de contaminants organiques. Ceci ouvre la voie à de nouvelles études portant sur les interactions entre processus intra — et extracellulaires. Cette thèse contribue également à l’amélioration des connaissances en offrant des outils de compréhension nécessaire à l’optimisation et au développement du potentiel de ces procédés biotechnologiques (ciblage et role des enzymes réeellement impliquées dans les réactions de biocatalyse).