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.

Effets de la disponibilité spatiotemporelle des partenaires et des coûts de déplacement sur les patrons de paternité hors couple chez l’hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor)

La connectivité fonctionnelle est reconnue pour altérer la fréquence des rencontres entre les individus et potentiellement affecter les coûts en lien avec la recherche de partenaires sexuels. La structure du paysage peut conséquemment engendrer de la variation dans le succès reproducteur des individus et par le fait même, modifier les opportunités de sélection sexuelle. Le but de cette étude était d’identifier l’influence de la structure du paysage sur les patrons de paternités hors couple (EPP) chez l’Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor), un insectivore aérien en déclin depuis environ 30 ans au Québec. Plus précisément, il était question d’évaluer l’importance relative de la disponibilité spatiotemporelle des partenaires potentiels, de la perméabilité de l’environnement aux mouvements, des caractéristiques individuelles, et des interactions entre certaines de ces variables sur la probabilité qu’un mâle fertilise une femelle, sur le nombre de mâles hors couple ayant fertilisé une femelle et enfin, sur le nombre de jeunes hors couple produits par une femelle. Pour se faire, une approche spatialement explicite basée sur la théorie des circuits a été employée. La collecte de données s’est faite sur 8 saisons de reproduction au sein d’un réseau de 40 fermes (10 nichoirs/ferme) situé le long d’un gradient d’intensification agricole de manière à ce que les individus se retrouvent dans des conditions socioécologiques contrastées. Selon les résultats obtenus, la densité de partenaires potentiels non locaux (i.e. hors ferme, mais au sein d’un rayon de 15 km) a eu un effet négatif sur la probabilité que deux individus produisent des jeunes hors couple, probablement à cause de l’effet de dilution entre compétiteurs. Cette même variable a également induit une augmentation du nombre de pères hors couple non locaux et de leurs jeunes dans une couvée donnée, mais seulement lorsque la résistance aux déplacements était faible. La densité locale a pour sa part eu l’effet inverse, ce qui laisse penser que les femelles auraient tendance à se contenter de leurs voisins immédiats quand les coûts de recherche dans le paysage sont trop élevés en comparaison à ce qui est disponible à proximité. Quant aux caractéristiques individuelles, leurs effets semblent négligeables à l’exception faite de la charge parasitaire moyenne des mâles locaux, laquelle pousserait les femelles à chercher des mâles en dehors de la ferme lorsqu’elle est élevée. Ce facteur ne représente toutefois pas seulement un indice potentiel de la qualité des jeunes produits par ces mâles, mais aussi un risque direct de transmission de parasites lors de copulations hors couple. Somme toute, il semble que les patrons de EPP soient davantage affectés par les variables du paysage que par la morphologie et la condition physique des individus. Ces découvertes sont d’un intérêt particulier puisque la compréhension des effets de l’écologie sur les paternités hors couple est essentielle pour une meilleure connaissance de la sélection sexuelle, des stratégies d’appariement et par le fait même, des processus évolutifs. De plus, identifier le rôle joué par le paysage dans les stratégies sexuelles pourrait aider à élaborer des plans de conservation appropriés pour les espèces dont le déclin est attribuable à des changements dans l’environnement.

Optimization of wastepaper sludge ash (WSA) in robust cementitious systems

Abstract : Wastepaper sludge ash (WSA) is generated by a cogeneration station by burning wastepaper sludge. It mainly consists of amorphous aluminosilicate phase, anhydrite, gehlenite, calcite, lime, C2S, C3A, quartz, anorthite, traces of mayenite. Because of its free lime content (~10%), WSA suspension has a high pH (13). Previous researchers have found that the WSA composition has poor robustness and the variations lead to some unsoundness for Portland cement (PC) blended WSA concrete. This thesis focused on the use of WSA in different types of concrete mixes to avoid the deleterious effect of the expansion due to the WSA hydration. As a result, WSA were used in making alkali-activated materials (AAMs) as a precursor source and as a potential activator in consideration of its amorphous content and the high alkaline nature. Moreover, the autogenous shrinkage behavior of PC concrete at low w/b ratio was used in order to compensate the expansion effect due to WSA. The concrete properties as well as the volume change were investigated for the modified WSA blended concrete. The reaction mechanism and microstructure of newly formed binder were evaluated by X-ray diffraction (XRD), calorimetry, thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). When WSA was used as precursor, the results showed incompatible reaction between WSA and alkaline solution. The mixtures were not workable and provided very low compressive strength no matter what kinds of chemical activators were used. This was due to the metallic aluminum in WSA, which releases abundant hydrogen gas when WSA reacts with strong alkaline solution. Besides, the results of this thesis showed that WSA can activate the glassy phase contained in slag, glass powder (GP) and class F fly ash (FFA) with an optimum blended ratio of 50:50. The WSA/slag (mass ratio of 50:50) mortar (w/b of 0.47) attained 46 MPa at 28 days without heat curing assistance. A significant fast setting was noticed for the WSA-activated binder due to the C3A phase, free lime and metallic aluminum contained in the WSA. Adding 5% of gypsum can delay the fast setting, but this greatly increased the potential risk of intern sulfate attack. The XRD, TGA and calorimetry analyses demonstrated the formation of ettringite, C-S-H, portlandite, hydrogarnet and calcium carboaluminate in the hydrated binder. The mechanical performance of different binder was closely related to the microstructure of corresponding binder which was proved by the SEM observation. The hydrated WSA/slag and WSA/FFA binder formed a C-A-S-H type of gel with lower Ca/Si ratio (0.47~1.6). A hybrid gel (i.e. C-N-A-S-H) was observed for the WSA/GP binder with a very low Ca/Si ratio (0.26) and Na/Si ratio (0.03). The SEM/EDX analyses displayed the formation of expansive gel (ettringite and thaumasite) in the gypsum added WSA/slag concrete. The gradual emission of hydrogen gas due to the reaction of WSA with alkaline environment significantly increased the porosity and degraded the microstructure of hydrated matrix after the setting. In the last phase of this research WSA-PC blended binder was tailored to form a high autogenous shrinkage concrete in order to compensate the initial expansion. Different binders were proportioned with PC, WSA, silica fume or slag. The microstructure and mechanical properties of concrete can be improved by decreasing w/b ratios and by incorporating silica fume or slag. The 28-day compressive strength of WSA-blended concrete was above 22 MPa and reached 45 MPa when silica fume was added. The PC concrete incorporating silica fume or slag tended to develop higher autogenous shrinkage at low w/b ratios, and thus the ternary binder with the addition of WSA inhibited the long term shrinkage due to the initial expansion property to WSA. In the restrained shrinkage test, the concrete ring incorporating the ternary binder (PC/WSA/slag) revealed negligible potential to cracking up to 96 days as a result of the offset effect by WSA expansion. The WSA blended regular concrete could be produced for potential applications with reduced expansion, good mechanical property and lower permeability.

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.

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.

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.

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).

Recommandations pour l'adaptation de l'évaluation du risque écotoxicologique pour le Nord québécois

Pour assurer une gestion adéquate des écosystèmes nordiques à l’approche du développement de nouvelles activités économiques, le Centre d’expertise en analyse environnementale du Québec a pris l’initiative d’adapter certains de ses outils, plus particulièrement sa Procédure d’évaluation du risque écotoxicologique. En effet, bien que l’outil soit applicable au Québec méridional, des recommandations pour adapter la méthodologie au Nord en permettraient une utilisation plus judicieuse pour les divers intervenants utilisant cet outil de gestion de l’environnement. L’objectif de cet essai est d’identifier les aspects de l’outil devant être adaptés pour son application dans le Nord québécois et de proposer des recommandations pour y arriver. Ainsi, une première analyse des activités économiques en essor sur le territoire a permis d’identifier les substances qui pourraient être problématiques et pour lesquelles aucun critère de gestion ou de valeur toxicologique de référence n’est disponible au Québec, comme les métaux des terres rares, l’uranium et les fractions des hydrocarbures pétroliers. Une recherche approfondie sur les particularités du territoire à l’étude a permis, pour sa part, d’identifier des espèces écologiques représentatives et qui pourraient être utilisées comme récepteurs potentiels. À la suite de l’analyse de l’outil de gestion d’évaluation du risque écotoxicologique, trois recommandations principales ont pu être émises dans le but de l’adapter à ce territoire unique : 1) établir des critères de sols pour les contaminants susceptibles d’être émis dans le Nord québécois, 2) développer des valeurs toxicologiques de références pour le plus haut niveau de sensibilités pour ces mêmes substances et 3) recueillir les informations nécessaires sur des récepteurs nordiques clés pour pouvoir évaluer le risque écotoxicologique qu’ils courent. Finalement, un exemple d’application des recommandations, notamment l’utilisation de nouveaux récepteurs, tels que le caribou migrateur et le lièvre arctique, ainsi que l’utilisation de critères génériques et de valeurs toxicologiques de référence d’autres juridictions, a permis d’évaluer le risque pour un cas fictif en milieu nordique. Bien que le besoin d’investir des efforts de recherches pour pallier certaines lacunes ait été identifié, les recommandations proposées permettront de cibler ces efforts sur les éléments les plus problématiques pour permettre, finalement, d’adapter l’outil aux réalités des écosystèmes fragiles et uniques de ce territoire particulier.

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.

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.

Design of passive methane oxidation biosystems considering their response to the presence of capillary barrier effect

La construction des biosystèmes d’oxydation passive du méthane (BOPM) est une option économique et durable pour réduire les émissions de méthane des sites d’enfouissement de déchets et des effets subséquents du réchauffement climatique. Les BOPM sont constitués de deux couches principales: la couche d'oxydation du méthane (MOL) et la couche de distribution du gaz (GDL). L'oxydation du méthane se produit dans la MOL par les réactions biochimiques des bactéries méthanotrophes, et la GDL est construite sous la MOL pour intercepter et distribuer les émissions fugitives de biogaz à la base de la MOL. Fondamentalement, l'efficacité d'un BOPM est définie en fonction de l'efficacité d'oxydation du méthane dans la MOL. Par conséquent, il est indispensable de fournir des conditions adéquates pour les activités bactériennes des méthanotrophes. En plus des paramètres environnementaux, l'intensité et la distribution du biogaz influencent l'efficacité des BOPM, et ils peuvent rendre le matériau de la MOL - avec une grande capacité d'accueillir les activités bactériennes - inutilisables en termes d'oxydation du méthane sur place. L'effet de barrière capillaire le long de l'interface entre la GDL et la MOL peut provoquer des émissions localisées de méthane, due à la restriction ou la distribution non uniforme de l’écoulement ascendant du biogaz à la base de la MOL. L'objectif principal de cette étude est d'incorporer le comportement hydraulique non saturé des BOPM dans la conception des BOPM, afin d’assurer la facilité et la distribution adéquates de l'écoulement du biogaz à la base de la MOL. Les fonctions de perméabilité à l'air des matériaux utilisés pour construire la MOL des BOPM expérimentaux au site d’enfouissement des déchets de St Nicéphore (Québec, Canada), ainsi que celles d'autres de la littérature technique, ont été étudiés pour évaluer le comportement d'écoulement non saturé du gaz dans les matériaux et pour identifier le seuil de migration sans restriction du gaz. Ce dernier seuil a été introduit en tant que un paramètre de conception avec lequel le critère de conception recommandé ici, c’est à dire la longueur de la migration sans restriction de gaz (LMSG), a été défini. La LMSG est considérée comme la longueur le long de l'interface entre la GDL et la MOL où le biogaz peut migrer à travers la MOL sans restriction. En réalisant des simulations numériques avec SEEP/W, les effets de la pente de l'interface, des paramètres définissant la courbe de rétention d'eau, de la fonction de la conductivité hydraulique du matériau de la MOL sur la valeur de la LMSG (représentant la facilité d'écoulement du biogaz à l'interface) et de la distribution de l'humidité (et par conséquent celle du biogaz) ont été évalués. Selon les résultats des simulations, la conductivité hydraulique saturée et la distribution des tailles de pores du matériau de la MOL sont les paramètres les plus importants sur la distribution de l'humidité le long de l'interface. Ce dernier paramètre influe également sur la valeur du degré de saturation et donc la facilité du biogaz à la base de la MOL. La densité sèche du matériau de MOL est un autre paramètre qui contrôle la facilité d'écoulement ascendant du biogaz. Les limitations principales de la présente étude sont associées au nombre de matériaux de MOL testés et à l'incapacité de SEEP/W de considérer l'évapotranspiration. Toutefois, compte tenu des hypothèses raisonnables dans les simulations et en utilisant les données de la littérature, on a essayé de réduire ces limitations. En utilisant les résultats des expériences et des simulations numériques, des étapes et des considérations de conception pour la sélection du matériau de MOL et de la pente d'interface ont été proposées. En effet,le comportement hydraulique non saturé des matériaux serait intégré dans les nécessités de conception pour un BOPM efficace, de sorte que la capacité maximale possible d'oxydation du méthane du matériau de la MOL soit exploitée.

Durabilité aux cycles de gel-dégel de bétons fabriqués avec des liants binaires et ternaires

La dégradation du béton associée à l’exposition en ambiance hivernale rigoureuse est une problématique connue en Amérique du Nord en raison de la sévérité du climat en période hivernale. Un des types de dégradation, la fissuration interne, se manifeste par l'apparition d'une intense microfissuration du béton en surface, mais aussi à l'intérieur de la masse. Celle-ci peut conduire à une perte de cohésion du matériau, réduisant ses caractéristiques mécaniques et sa perméabilité. Dans un souci de développement durable et de recherche performancielle, des liants ternaires, comprenant des ajouts minéraux autre que la fumée de silice ont été développés. Les études scientifiques portant sur l’influence du facteur d’espacement à ce type de dégradation sont peu nombreuses, voire inexistantes. Il est par conséquent important de vérifier si les spécifications actuelles permettent d’assurer la confection d’un matériau durable au gel. Dans ce mémoire, nous avons étudié l’influence du facteur d’espacement, du paramètre E/L, de l’influence du type de superplastifiant et d’un granulat marginal sur la résistance à la fissuration interne des bétons en utilisant l’essai accéléré normalisé ASTM C666, procédure A lors de l’utilisation de liants ternaires. Une grande partie de cette recherche a porté sur l’étude de la relation entre le facteur d’espacement et la tenue aux cycles gel-dégel des bétons. Le projet s’est divisé en 4 phases, la première a permis de déterminer un intervalle contenant le facteur d’espacement critique pour chacun des liants étudiés. Il est ainsi établi qu’il est nécessaire d’avoir un facteur d’espacement inférieur à 340 µm pour assurer la durabilité des bétons V-S formulés à partir de liants ternaires. La deuxième phase a montré que le type de superplastifiant n’influe pas sur le facteur d’espacement critique, mais change les caractéristiques du réseau d’air à l’état frais. La troisième phase a porté sur l’analyse de l’influence d’une variation du rapport E/L sur la durabilité au gel-dégel. Il en résulte qu’une variation dans les limites permises n’a pas d’incidence sur le facteur d’espacement critique tant que les hypothèses restent dans l’intervalle prescrit par le tome VII de la norme 3101. La dernière et quatrième phase a permis de montrer que le granulat marginal sélectionné n’a pas d’incidence particulière sur la résistance au gel-dégel en fissuration interne.

Modélisation pharmacocinétique en imagerie par résonance magnétique et en tomographie d’émission par positrons appliquée à un modèle de glioblastome chez le rat

Résumé : En imagerie médicale, il est courant d’associer plusieurs modalités afin de tirer profit des renseignements complémentaires qu’elles fournissent. Par exemple, la tomographie d’émission par positrons (TEP) peut être combinée à l’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour obtenir à la fois des renseignements sur les processus biologiques et sur l’anatomie du sujet. Le but de ce projet est d’explorer les synergies entre l’IRM et la TEP dans le cadre d’analyses pharmacocinétiques. Plus spécifiquement, d’exploiter la haute résolution spatiale et les renseignements sur la perfusion et la perméabilité vasculaire fournis par l’IRM dynamique avec agent de contraste afin de mieux évaluer ces mêmes paramètres pour un radiotraceur TEP injecté peu de temps après. L’évaluation précise des paramètres de perfusion du radiotraceur devrait permettre de mieux quantifier le métabolisme et de distinguer l’accumulation spécifique et non spécifique. Les travaux ont porté sur deux radiotraceurs de TEP (18F-fluorodésoxyglucose [FDG] et 18F-fluoroéthyle-tyrosine [FET]) ainsi que sur un agent de contraste d’IRM (acide gadopentétique [Gd DTPA]) dans un modèle de glioblastome chez le rat. Les images ont été acquises séquentiellement, en IRM, puis en TEP, et des prélèvements sanguins ont été effectués afin d’obtenir une fonction d’entrée artérielle (AIF) pour chaque molécule. Par la suite, les images obtenues avec chaque modalité ont été recalées et l’analyse pharmacocinétique a été effectuée par régions d’intérêt (ROI) et par voxel. Pour le FDG, un modèle irréversible à 3 compartiments (2 tissus) a été utilisé conformément à la littérature. Pour la FET, il a été déterminé qu’un modèle irréversible à 2 tissus pouvait être appliqué au cerveau et à la tumeur, alors qu’un modèle réversible à 2 tissus convenait aux muscles. La possibilité d’effectuer une conversion d’AIF (sanguine ou dérivée de l’image) entre le Gd DTPA et la FET, ou vice versa, a aussi été étudiée et s’est avérée faisable dans le cas des AIF sanguines obtenues à partir de l’artère caudale, comme c’est le cas pour le FDG. Finalement, l’analyse pharmacocinétique combinée IRM et TEP a relevé un lien entre la perfusion du Gd-DTPA et du FDG, ou de la FET, pour les muscles, mais elle a démontré des disparités importantes dans la tumeur. Ces résultats soulignent la complexité du microenvironnement tumoral (p. ex. coexistence de divers modes de transport pour une même molécule) et les nombreux défis rencontrées lors de sa caractérisation chez le petit animal.