Influence du climat, de la disponibilité des ressources et de la taille des populations sur la phénologie et les patrons de migration du caribou migrateur, "Rangifer tarandus"

De nombreuses populations migratrices sont actuellement en déclin. Les changements climatiques entrainent des modifications dans les habitats des espèces migratrices et la phénologie des processus naturels, lesquels se répercutent sur la migration, une période critique pour ces espèces. Comprendre comment les variables environnementales et climatiques affectent la phénologie et les patrons de migration est donc crucial. Ma thèse s’intéresse à l’impact du climat, des ressources alimentaires et de la compétition sur les migrations printanières et automnales des caribous migrateurs, Rangifer tarandus, des troupeaux Rivière-George (TRG) et Rivière-aux-Feuilles (TRF) du Nord-du-Québec et du Labrador. Le premier volet de ma thèse propose une approche objective, basée sur la détection des changements dans la structure des déplacements saisonniers, pour identifier les dates de départ et arrivée en migration. Validée à l’aide de trajets simulés, elle a été appliquée aux migrations printanières et automnales de femelles caribous. Le second volet porte sur l’impact des conditions environnementales sur la phénologie des migrations de printemps et d’automne. Il montre que la phénologie de la migration est principalement affectée par les conditions climatiques rencontrées lors de la migration, les conditions d’enneigement affectant notamment les coûts des déplacements. Au printemps, les caribous subissent des conditions défavorables lorsque la fonte des neiges est précoce. À l’automne, ils semblent ajuster leurs déplacements et migrent plus vite quand la neige débute tôt pour limiter les coûts de déplacement dans une neige profonde. Le troisième volet porte sur les patrons de migration à l’automne et montre que ceux-ci sont affectés essentiellement par une compétition intra- et inter-troupeaux pour les aires d’hivernages. Les caribous du TRG répondent à une augmentation de la compétition sur les aires les plus proches de l’aire de mise bas, liée à une taille de population élevée, en migrant préférentiellement vers les aires les plus éloignées. L’utilisation des aires hivernales par les caribous du TRF est, quant à elle, contrainte par la présence et l’abondance du TRG, cette contrainte diminuant à mesure que le TRG décline et abandonne les migrations vers les aires d’hivernages communes aux deux troupeaux. Cette thèse améliore notre compréhension de l’influence des facteurs environnementaux sur la phénologie et les patrons de migration du caribou migrateur. Ces connaissances sont très utiles pour comprendre l’impact des changements climatiques et établir les plans de conservation pour les espèces migratrices.

Valves cardiaques par génie tissulaire - Simplification des essais et concept tubulaire

Les substituts valvulaires disponibles actuellement comportent encore plusieurs lacunes. La disponibilité restreinte des allogreffes, les risques de coagulation associés aux valves mécaniques et la durabilité limitée des bioprothèses en tissu animal sont toutes des problématiques que le génie tissulaire a le potentiel de surmonter. Avec la méthode d’auto-assemblage, le seul support des cellules consiste en leur propre matrice extracellulaire, permettant la fabrication d’un tissu entièrement libre de matériau exogène. Ce projet a été précédé par ceux des doctorantes Catherine Tremblay et Véronique Laterreur, ayant respectivement développé une méthode de fabrication de valves moulées par auto-assemblage et une nouvelle version de bioréacteur. Au cours de cette maîtrise, le nouveau bioréacteur a été adapté à une utilisation stérile avec des tissus vivants et la méthode de fabrication de valves moulées a été modifiée puis éprouvée avec la production de 4 prototypes. Ces derniers n’ont pas permis d’obtenir des performances satisfaisantes en bioréacteur, motivant la conception d’une nouvelle méthode. Plutôt que de tenter de répliquer la forme native des valves cardiaques, des études récentes ont suggéré une géométrie tubulaire. Cela permettrait une fabrication simplifiée, une implantation rapide, et un encombrement minimal en vue d’opérations percutanées. Cette approche minimaliste s’accorde bien avec la méthode d’auto-assemblage, qui a déjà été utilisée pour la production de vaisseaux de petits diamètres. Un total de 11 tubes ont été produits par l’enroulement de feuillets fibroblastiques auto-assemblés, puis ont été transférés sur des mandrins de diamètre inférieur, leur permettant de se contracter librement. La caractérisation de deux tubes contrôles a démontré que cette phase de précontraction était bénéfique pour les propriétés du tissu en plus de prévenir la contraction en bioréacteur. Les prototypes finaux pouvaient supporter un écoulement physiologique pulmonaire. Cette nouvelle méthode montre que le procédé d’auto-assemblage a le potentiel d’être utilisé pour fabriquer des valves cardiaques tubulaires.

Écologie de la nidification de la buse pattue dans le Haut-Arctique et vulnérabilité des nids aux risques géomorphologiques

Les caractéristiques physiques d’un site de nidification peuvent influencer la probabilité qu’il soit utilisé et l’issue des tentatives de nidification. La buse pattue (Buteo lagopus) construit un imposant nid, qui peut être réutilisé plusieurs années, en bordure des falaises et des versants en Arctique. Ces habitats escarpés sont perturbés par des mouvements de masse pouvant entraîner la destruction de sites critiques pour la reproduction des buses. Nous avons d’abord examiné l’effet de plusieurs variables environnementales et de la réutilisation d’un nid sur la reproduction de la buse pattue. Ensuite, nous avons évalué la vulnérabilité des nids aux mouvements de masse et identifié les facteurs environnementaux associés à la persistance des nids. L’étude s’est déroulée à l’île Bylot (Nunavut) de 2007 à 2015. La probabilité qu’un nid soit utilisé par un couple augmentait avec la distance du nid actif le plus proche, la présence d’un surplomb au-dessus du nid et la densité des lemmings. Les nids accessibles aux renards et orientés vers le nord étaient associés à un moins bon succès reproducteur. Celui-ci était aussi positivement relié à la densité estivale de lemmings et négativement relié aux précipitations. Nos résultats suggèrent que les caractéristiques physiques du site de nidification offrant un microclimat favorable et une protection contre les prédateurs reflètent des sites de haute qualité. Le succès reproducteur était similaire entre les nouveaux nids et ceux préexistants, suggérant que la construction d’un nid n’entraîne pas de coût sur la reproduction à court terme. Parmi les 82 nids connus, près du tiers ont été détruits par des mouvements de masse et parmi ceux encore intacts, la majorité sont à risque modéré et haut de l’être. La probabilité de destruction était élevée pour les nids construits sur des sédiments non consolidés et positivement associée aux fortes précipitations. La hausse anticipée des précipitations due aux changements climatiques est susceptible d’augmenter la vulnérabilité des nids aux mouvements de masse ce qui pourrait ultimement réduire la disponibilité de sites appropriés pour la reproduction de ce rapace.

Métabolisme des glucocorticoïdes dans le poumon murin en développement : la voie surrénalienne

Lorsqu’une femme est à risque d’accoucher prématurément, des glucocorticoïdes lui seront administrés afin d’accélérer la maturation pulmonaire du bébé. Après la naissance, différents protocoles peuvent être mis en place pour aider l’enfant à respirer dont l’administration du surfactant et la ventilation. Les glucocorticoïdes ont un effet positif sur la maturation pulmonaire. Par contre, ils nuisent au processus de la septation après la naissance. Les glucocorticoïdes retrouvés dans le poumon en développement peuvent provenir de deux sources, soit de la voie classique de la synthèse des glucocorticoïdes par les surrénales, soit des gènes exprimés dans le poumon. Les sites d’expression des gènes codant pour les enzymes de la synthèse des glucocorticoïdes dans le poumon sont inconnus ainsi que le gène de la 20α-hydroxystéroïde déshydrogénase (20α-HSD). Cette dernière inactive le substrat et le produit de la 21-hydroxylase. Des poumons de fœtus de souris au jour de gestation 15,5, 17,5 et 19,5 ainsi que de souriceaux âgés de 0, 5 et 15 jours ont été utilisés pour des hybridations in situ. Cette étude a montré qu’avant la naissance, l’ARNm de la 21-hydroxylase est situé au niveau des cellules épithéliales distales alors que l’ARNm de la 20α-HSD se retrouve plutôt au niveau des capillaires. Les gènes de la 21-hydroxylase et de la 20α-HSD sont exprimés dans les cellules épithéliales proximales ainsi que dans les cellules endothéliales de veines dans la période entourant la naissance. À la fin du stade sacculaire et pendant le stade alvéolaire, le gène de la 21-hydroxylase est exprimé seulement dans les septa et les parois minces tout comme le gène de la 20α-HSD sauf dans le stade alvéolaire où il n’y avait pas de signal significatif. Ainsi, ces résultats suggèrent que la 20α-HSD pourrait participer au contrôle du niveau d’activité de la 21-hydroxylase en modulant la disponibilité de son substrat.

Rôle des nutriments dans l’enracinement et le rendement en fruits chez la chicouté (Rubus chamaemorus)

La chicouté (Rubus chamaemorus L.) pousse naturellement dans les tourbières ombrotrophes. La culture de la chicouté dans les tourbières en fin d’exploitation serait très intéressante afin de maintenir des activités économiques sur ces sites ainsi que d’améliorer la disponibilité de ce petit fruit pour une future commercialisation. L’implantation de cette culture fait toutefois face à certains problèmes tels la faible survie des boutures au cours de la première année et un rendement fruitier très variable. Des essais de fertilisation et d’application d’auxine ont été réalisés pour augmenter la production de racines sur les boutures de rhizome au moment de la plantation afin de réduire leur mortalité. La fertilisation a permis d’augmenter la longueur des racines, mais seulement à la fin de la saison. Les fertilisants ont également stimulé la croissance des plants. Par contre, les concentrations d’auxine utilisées ont entraîné une très forte mortalité des boutures de chicouté. Aucun de ces traitements n’a permis d’augmenter la survie des boutures lors de la plantation. Afin de mieux comprendre les limitations nutritives liées aux faibles rendements fruitiers, nous avons utilisé une analyse compositionnelle (CND) nous permettant d’identifier les débalancements nutritifs. Cette analyse a montré que les parcelles moins productives sont caractérisées par une concentration foliaire plus élevée en manganèse, fer, soufre et cuivre. Les résultats de ce projet de maîtrise vont permettre d’améliorer la régie de fertilisation lors de la plantation de la chicouté en tourbière résiduelle, mais d’autres recherches doivent être menées afin de réduire la mortalité des boutures lors de la plantation.

La manipulation des ressources alimentaires et du risque de prédation afin d’augmenter la vulnérabilité du cerf de Virginie à la chasse

L’utilisation de l’espace par une proie herbivore est souvent modulée par le compromis entre l’acquisition de fourrage et l’évitement de la prédation. Nous avons testé l’effet de la manipulation de la disponibilité de fourrage et du ratio couvert forestier/ouverture sur l’utilisation de l’espace par le cerf de Virginie (Odocoileus virginianus) et sa vulnérabilité à la chasse sportive sur l’île d’Anticosti. Nos résultats ont démontré que l’utilisation de l’espace par le cerf et sa vulnérabilité à la chasse peuvent être modifiées par différentes composantes structurales de l’habitat. L’augmentation de la disponibilité de fourrage a entrainé une plus grande utilisation des prairies fertilisées par le cerf, tandis que la diminution du ratio couvert forestier/ouverture a augmenté sa vulnérabilité à la chasse. Ces résultats procurent des pistes de solutions pour les gestionnaires fauniques qui doivent à la fois réduire les dommages causés par les hautes densités de cerfs et satisfaire les chasseurs en maintenant un nombre élevé d’observation de cerfs.

Effets directs et indirects de la prédation sur les lemmings dans l’Arctique canadien.

Les populations caractérisées par des fluctuations cycliques ont fasciné et continuent de générer un grand intérêt chez la communauté scientifique en raison de la complexité des facteurs de régulation qui en sont responsables. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer ces fluctuations cycliques mais aucun consensus n’a encore été atteint malgré près de 100 ans de recherche. La disponibilité de la nourriture et les effets sociaux (e.g. interactions compétitives) ont été proposés comme facteurs responsables de cycles de certaines espèces. Toutefois, la prédation est probablement le facteur le plus susceptible de causer des fluctuations cycliques chez les populations fauniques en raison de son effet dépendant de la densité avec délai. Un tandem circulaire de raréfaction et densification des prédateurs et des proies par des effets directs (i.e. mortalités) seraient à l’origine des cycles d’abondance. De plus, de récentes études montrent que les effets indirects (comme le stress) de la prédation pourraient être aussi importants que les effets directs pour générer les fluctuations cycliques. Cette thèse vise à identifier les effets directs et indirects de la prédation qui affectent la population de lemmings bruns de l’Île Bylot, Nunavut, caractérisée par des cycles d’abondance de 3-4 ans. Pour ce faire, nous avons d’abord comparé la plausibilité de l’hypothèse de la limitation par nourriture vis-à-vis l’hypothèse de la prédation en déterminant la chronologie saisonnière des cycles des lemmings. Ensuite, nous avons construit en 2012-2013 une clôture de 9 ha coiffée d’un filet anti-prédateur aviaire dans lequel nous avons piégé les lemmings de 2013 à 2015. Une deuxième grille de trappage sans clôture a été utilisée à des fins de comparaisons. Ces deux grilles étaient actives dès 2008, ce qui nous a permis d’avoir un contrôle pré-expérimental pour les données démographiques (effets directs). En 2014 et 2015, nous avons récolté les fèces des lemmings dans les deux grilles de trappage afin de quantifier les métabolites d’hormones de stress. Une validation de la mesure des métabolites fécales des glucocorticoïdes (i.e. hormones de stress) a été menée afin de mesurer le stress des lemmings de façon non-invasive. Les résultats sont clairs : (1) le déclin des lemmings se produit à la fin de l’été alors que les prédateurs sont au plus fort de leur abondance et pas à la fin de l’hiver, supportant ainsi l’hypothèse de la limitation par la prédation. Nos résultats suggèrent aussi (2) que les lemmings à l’intérieur de la clôture avaient une survie plus élevée qu’à l’extérieur, favorisant ainsi une croissance plus forte de la population. Ensuite, (3) les lemmings ont montré des niveaux de stress plus faibles sans prédation sans toutefois que cela ait un impact sur leur reproduction. À la lumière des résultats de cette thèse et en les comparant avec deux autres études ayant aussi réduit expérimentalement l’abondance des prédateurs dans la toundra arctique, nous pouvons conclure que la prédation est la force trophique dominante de régulation de l’abondance des lemmings. Cette étude montre également que le stress induit par la prédation est insuffisant pour avoir un impact sur la dynamique des lemmings en été, soit pendant la saison où la prédation est maximale. Il est possible que cette absence d’effet soit une réponse adaptative des lemmings pour maintenir une reproduction élevée face à une prédation élevée, et ainsi maximiser leur aptitude phénotypique.

Ordonnancement des opérations dans une unité d’extrusion

Les travaux de ce mémoire traitent du problème d’ordonnancement et d’optimisation de la production dans un environnement de plusieurs machines en présence de contraintes sur les ressources matérielles dans une usine d’extrusion plastique. La minimisation de la somme pondérée des retards est le critère économique autour duquel s’articule cette étude car il représente un critère très important pour le respect des délais. Dans ce mémoire, nous proposons une approche exacte via une formulation mathématique capable des donner des solutions optimales et une approche heuristique qui repose sur deux méthodes de construction de solution sérielle et parallèle et un ensemble de méthodes de recherche dans le voisinage (recuit-simulé, recherche avec tabous, GRASP et algorithme génétique) avec cinq variantes de voisinages. Pour être en totale conformité avec la réalité de l’industrie du plastique, nous avons pris en considération certaines caractéristiques très fréquentes telles que les temps de changement d’outils sur les machines lorsqu’un ordre de fabrication succède à un autre sur une machine donnée. La disponibilité des extrudeuses et des matrices d’extrusion représente le goulot d’étranglement dans ce problème d’ordonnancement. Des séries d’expérimentations basées sur des problèmes tests ont été effectuées pour évaluer la qualité de la solution obtenue avec les différents algorithmes proposés. L’analyse des résultats a démontré que les méthodes de construction de solution ne sont pas suffisantes pour assurer de bons résultats et que les méthodes de recherche dans le voisinage donnent des solutions de très bonne qualité. Le choix du voisinage est important pour raffiner la qualité de la solution obtenue. Mots-clés : ordonnancement, optimisation, extrusion, formulation mathématique, heuristique, recuit-simulé, recherche avec tabous, GRASP, algorithme génétique

Stratégies des entreprises chinoises dans le secteur extractif dans l’Arctique

Poussée par une croissance économique rapide ces trente dernières années, la demande chinoise en matières premières a considérablement augmenté au cours de cette période. Premier importateur mondial de nombreux minerais depuis le début du XXIe siècle, la Chine, qui n’est pas un État côtier de l’Arctique, semble attentive au potentiel économique de la région, et notamment en ce qui a trait à l’exploitation des gisements miniers. Avec l’ouverture relative des accès maritimes à travers les passages arctiques, les entreprises chinoises seraient en mesure d’effectuer des économies sur les coûts de transport et pourraient plus aisément accéder aux gisements miniers du Groenland et de l’Arctique canadien. La montée en puissance de l’économie chinoise, qui s’est concrétisée depuis le début du siècle, son affirmation politique sur la scène mondiale, et sa diplomatie des ressources perçue comme agressive a contribué à développer une perception négative de la Chine au sein des opinions publiques canadiennes, danoises, groenlandaises, et islandaises. Dans un contexte de débats et d’inquiétudes sur les questions de souveraineté dans l’Arctique, les presses canadiennes, groenlandaises et danoises ont contribué à construire, dans leurs opinions publiques respectives ces dernières années, une certaine sinophobie face aux investissements directs à l’étranger chinois, qui débutent réellement en 2005. Par exemple, un sondage mené en 2015 par l’Asia Pacific Foundation of Canada faisait ressortir que près de 76% de la population canadienne était hostile à l’acquisition d’entreprises canadiennes par des entreprises chinoises, tous secteurs confondus. Au Groenland, la perspective d’opérations minières dirigées par des entreprises chinoises a provoqué l’ire des médias danois et groenlandais. Alors que certains dénoncent une stratégie géopolitique chinoise plus large dans cette région du monde, d’autres mettent l’accent sur les implications de la venue de nombreux travailleurs chinois, de même que sur les questions d’une Chine cherchant à assurer un accès à long terme aux ressources de la région, prétextant que le Groenland serait une région d’investissement majeur pour les entreprises chinoises. La Chine, par l’entremise de ses entreprises, chercherait-elle à faire main basse sur les ressources minières de l’Arctique ? L’Arctique canadien, le Groenland et le Grand Nord québécois sont-ils des territoires d’investissements majeurs pour les entreprises chinoises ? Comment les facteurs qui déterminent les choix des entreprises chinoises se sont-ils traduits dans l’Arctique ? Dans le cadre de cette recherche, trente-six entreprises et organes du gouvernement ont été consultés. Les résultats de l’enquête soulignent que ces territoires ne sont pas des régions où les entreprises chinoises investissent d’importantes sommes, mais demeurent attractifs en raison de la stabilité politique et du climat compétitif des affaires qui y règnent, ainsi que pour la qualité des ressources physiques qu’on y retrouve. Cependant, les acteurs chinois soulignent d’importants défis tels que le déficit en matière d’infrastructures maritimes et de communication dans l’Arctique, le manque d’informations sur les opportunités d’affaires, c’est le cas des projets disponibles au Groenland notamment, et les acteurs chinois soulignent également leur manque d’expérience à l’international, de même que le coût et la disponibilité de la main-d’oeuvre comme des défis importants pour les entreprises chinoises. En somme, les investissements des entreprises chinoises dans des projets miniers dans l’Arctique canadien et au Groenland s’insèrent, certes, dans les stratégies globales des entreprises chinoises qui visent à diversifier et sécuriser leurs sources d’approvisionnements. En revanche, s’il apparaît que les territoires arctiques ne sont pas des régions d’investissements majeurs pour les entreprises chinoises dans le secteur extractif, les acteurs chinois sondés raisonnent, de manière générale, selon une logique de marché et recherchent donc, pour la plupart, à assurer la rentabilité de leur entreprise par la réalisation de gains. Outre les fluctuations des prix des matières premières sur les marchés mondiaux qui affectent grandement les opérations minières globales, de nombreux facteurs dans l’Arctique tels que l’éloignement, les conditions météorologiques extrêmes, et le manque d’infrastructures augmentent considérablement le coût de faire des affaires dans le secteur minier dans l’Arctique, qui demeure un marché niche.

Commande prédictive non linéaire d’un séchoir à lit fluidisé pour granules pharmaceutiques

Avec la disponibilité de capteurs fiables de teneur en eau exploitant la spectroscopie proche infrarouge (NIR pour near-infrared) et les outils chimiométriques, il est maintenant possible d’appliquer des stratégies de commande en ligne sur plusieurs procédés de séchage dans l’industrie pharmaceutique. Dans cet ouvrage, le séchage de granules pharmaceutiques avec un séchoir à lit fluidisé discontinu (FBD pour fluidized bed dryer) de taille pilote est étudié à l’aide d’un capteur d’humidité spectroscopique. Des modifications électriques sont d’abord effectuées sur le séchoir instrumenté afin d’acheminer les signaux mesurés et manipulés à un périphérique d’acquisition. La conception d’une interface homme-machine permet ensuite de contrôler directement le séchoir à l’aide d’un ordinateur portable. Par la suite, un algorithme de commande prédictive (NMPC pour nonlinear model predictive control), basée sur un modèle phénoménologique consolidé du FBD, est exécuté en boucle sur ce même ordinateur. L’objectif est d’atteindre une consigne précise de teneur en eau en fin de séchage tout en contraignant la température des particules ainsi qu’en diminuant le temps de lot. De plus, la consommation énergétique du FBD est explicitement incluse dans la fonction objectif du NMPC. En comparant à une technique d’opération typique en industrie (principalement en boucle ouverte), il est démontré que le temps de séchage et la consommation énergétique peuvent être efficacement gérés sur le procédé pilote tout en limitant plusieurs problèmes d’opération comme le sous-séchage, le surséchage ou le surchauffage des granules.