Utilization of biodiesel-derived glycerol or xylose for increased growth and lipid production by indigenous microalgae

The use of industrial wastes rich in mineral nutrients and carbon sources to increase the final microalgal biomass and lipid yield at a low cost is an important strategy to make algal biofuel technology viable. Using strains from the microalgal collection of the Université de Montréal, this report shows for the first time that microalgal strains can be grown on xylose, the major carbon source found in wastewater streams from pulp and paper industries, with an increase in growth rate of 2.8 fold in comparison to photoautotrophic growth, reaching up to µ=1.1/day. On glycerol, growth rates reached as high as µ=1.52/day. Lipid productivity increased up to 370% on glycerol and 180% on xylose for the strain LB1H10, showing the suitability of this strain for further development for biofuels production through mixotrophic cultivation.

Characterization of microalgae native to Quebec for biofuel production.

La production de biodiésel par des microalgues est intéressante à plusieurs niveaux. Dans le premier chapitre, un éventail de pour et contres concernant l’utilisation de microalgues pour la production de biocarburant sont ici révisés. La culture d’algues peut s'effectuer en utilisant des terres non-arables, de l’eau non-potable et des nutriments de base. De plus, la biomasse produite par les algues est considérablement plus importante que celle de plantes vasculaires. Plusieurs espèces on le contenu lipidique en forme de triacylglycérols (TAGs), qui peut correspondre jusqu'à 30% - 40% du poids sec de la biomasse. Ces proportions sont considérablement plus élevées que celui des huiles contenues dans les graines actuellement utilisées pour le biodiésel de première génération. Par contre, une production pratique et peu couteuse de biocarburant par des microalgues requiert de surpasser plusieurs obstacles. Ceci inclut le développement de systèmes de culture efficace à faible coût, de techniques de récupération requérant peu d’énergie, et de méthodes d’extraction et de conversion de l’huile non-dommageables pour l’environnement et peu couteuses. Le deuxième chapitre explore l'une des questions importantes soulevées dans le premier chapitre: la sélection d'une souche pour la culture. Une collection de souches de microalgues d'eau douce indigène au Québec a été établi et examiné au niveau de la diversité physiologique. Cette collection est composée de cent souches, que apparaissaient très hétérogènes en terme de croissance lorsque mises en culture à 10±2 °C ou 22±2 °C sur un effluent secondaire d’une usine municipale de traitement des eaux usées (EU), défini comme milieu Bold's Basal Medium (BBM). Des diagrammes de dispersion ont été utilisés pour étudier la diversité physiologique au sein de la collection, montrant plusieurs résultats intéressants. Il y avait une dispersion appréciable dans les taux de croissance selon les différents types de milieux et indépendamment de la température. De manière intéressante, en considérant que tous les isolats avaient initialement été enrichis sur milieu BBM, la distribution était plutôt symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, suggérant que l’enrichissement sur BBM n’a pas semblé biaiser la croissance des souches sur ce milieu par rapport aux EU. Également, considérant que les isolats avaient d’abord été enrichis à 22°C, il est assez surprenant que la distribution de taux de croissance spécifiques soit aussi symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, avec grossièrement des nombres égaux d’isolats de part et d’autre. Ainsi, l’enrichissement à 22°C ne semble pas biaiser les cellules vers une croissance à cette température plutôt que vers 10°C. Les diagrammes de dispersion obtenus lorsque le pourcentage en lipides de cultures sur BBM ont été comparées à des cultures ayant poussé sur EU soit à 10°C ou 22°C rendent évident que la production de lipides est favorisée par la culture sur EU aux deux températures, et que la production lipidique ne semble pas particulièrement plus favorisée par l’une ou l’autre de ces températures. Lorsque la collection a été examinée pour y déceler des différences avec le site d’échantillonnage, une analyse statistique a montré grossièrement que le même degré de diversité physiologique était retrouvé dans les échantillons des deux différents sites. Le troisième chapitre a poursuivi l'évaluation de la culture d'algues au Québec. L’utilisation de déchets industriels riches en nutriments minéraux et en sources de carbone pour augmenter la biomasse finale en microalgues et le produit lipidique à faible coût est une stratégie importante pour rendre viable la technologie des biocarburants par les algues. Par l’utilisation de souches de la collection de microalgues de l’Université de Montréal, ce rapport montre pour la première fois que des souches de microalgues peuvent pousser en présence de xylose, la source de carbone majoritairement retrouvée dans les eaux usées provenant des usines de pâte et papier, avec une hausse du taux de croissance de 2,8 fois par rapport à la croissance photoautotrophe, atteignant jusqu’à µ=1,1/jour. En présence de glycérol, les taux de croissance atteignaient des valeurs aussi élevées que µ=1,52/jour. La production lipidique augmentait jusqu’à 370% en présence de glycérol et 180% avec le xylose pour la souche LB1H10, démontrant que cette souche est appropriée pour le développement ultérieur de biocarburants en culture mixotrophe. L'ajout de xylose en cultures d'algues a montré certains effets inattendus. Le quatrième chapitre de ce travail a porté à comprendre ces effets sur la croissance des microalgues et la production de lipides. Quatre souches sauvages indigènes ont été obersvées quotidiennement, avant et après l’ajout de xylose, par cytométrie en flux. Avec quelques souches de Chlorella, l’ajout de xylose induisait une hausse rapide de l’accumulation de lipide (jusqu’à 3,3 fois) pendant les premières six à douze heures. Aux temps subséquents, les cellules montraient une diminution du contenu en chlorophylle, de leur taille et de leur nombre. Par contre, l’unique membre de la famille des Scenedesmaceae avait la capacité de profiter de la présence de cette source de carbone sous culture mixotrophe ou hétérotrophe sans effet négatif apparent. Ces résultats suggèrent que le xylose puisse être utilisé avant la récolte afin de stimuler l’augmentation du contenu lipidique de la culture d’algues, soit en système de culture continu ou à deux étapes, permettant la biorestauration des eaux usées provenant de l’industrie des pâtes et papiers. Le cinquième chapitre aborde une autre déché industriel important: le dioxyde de carbone et les gaz à effet de serre. Plus de la moitié du dioxyde de carbone qui est émis dans l'atmosphère chaque jour est dégagé par un processus stationnaire, soit pour la production d’électricité ou pour la fabrication industrielle. La libération de CO2 par ces sources pourrait être atténuée grâce à la biorestauration avec microalgues, une matière première putative pour les biocarburants. Néanmoins, toutes les cheminées dégagent un gaz différent, et la sélection des souches d'algues est vitale. Ainsi, ce travail propose l'utilisation d’un état de site particulier pour la bioprospection de souches d'algues pour être utilisé dans le processus de biorestauration. Les résultats montrent que l'utilisation d'un processus d'enrichissement simple lors de l'étape d'isolement peut sélectionner des souches qui étaient en moyenne 43,2% mieux performantes dans la production de biomasse que les souches isolées par des méthodes traditionnelles. Les souches isolées dans ce travail étaient capables d'assimiler le dioxyde de carbone à un taux supérieur à la moyenne, comparées à des résultats récents de la littérature.

Development of an enzyme immobilization platform based on microencapsulation for paper-based biosensors

Un papier bioactif est obtenu par la modification d’un papier en y immobilisant une ou plusieurs biomolécules. La recherche et le développement de papiers bioactifs est en plein essor car le papier est un substrat peu dispendieux qui est déjà d’usage très répandu à travers le monde. Bien que les papiers bioactifs n’aient pas connus de succès commercial depuis la mise en marche de bandelettes mesurant le taux de glucose dans les années cinquante, de nombreux groupes de recherche travaillent à immobiliser des biomolécules sur le papier pour obtenir un papier bioactif qui est abordable et possède une bonne durée de vie. Contrairement à la glucose oxidase, l’enzyme utilisée sur ces bandelettes, la majorité des biomolécules sont très fragiles et perdent leur activité très rapidement lorsqu’immobilisées sur des papiers. Le développement de nouveaux papiers bioactifs pouvant détecter des substances d’intérêt ou même désactiver des pathogènes dépend donc de découverte de nouvelles techniques d’immobilisation des biomolécules permettant de maintenir leur activité tout en étant applicable dans la chaîne de production actuelle des papiers fins. Le but de cette thèse est de développer une technique d’immobilisation efficace et versatile, permettant de protéger l’activité de biomolécules incorporées sur des papiers. La microencapsulation a été choisie comme technique d’immobilisation car elle permet d’enfermer de grandes quantités de biomolécules à l’intérieur d’une sphère poreuse permettant leur protection. Pour cette étude, le polymère poly(éthylènediimine) a été choisi afin de générer la paroi des microcapsules. Les enzymes laccase et glucose oxidase, dont les propriétés sont bien établies, seront utilisées comme biomolécules test. Dans un premier temps, deux procédures d’encapsulation ont été développées puis étudiées. La méthode par émulsion produit des microcapsules de plus petits diamètres que la méthode par encapsulation utilisant un encapsulateur, bien que cette dernière offre une meilleure efficacité d’encapsulation. Par la suite, l’effet de la procédure d’encapsulation sur l’activité enzymatique et la stabilité thermique des enzymes a été étudié à cause de l’importance du maintien de l’activité sur le développement d’une plateforme d’immobilisation. L’effet de la nature du polymère utilisé pour la fabrication des capsules sur la conformation de l’enzyme a été étudié pour la première fois. Finalement, l’applicabilité des microcapsules de poly(éthylèneimine) dans la confection de papiers bioactifs a été démontré par le biais de trois prototypes. Un papier réagissant au glucose a été obtenu en immobilisant des microcapsules contenant l’enzyme glucose oxidase. Un papier sensible à l’enzyme neuraminidase pour la détection de la vaginose bactérienne avec une plus grande stabilité durant l’entreposage a été fait en encapsulant les réactifs colorimétriques dans des capsules de poly(éthylèneimine). L’utilisation de microcapsules pour l’immobilisation d’anticorps a également été étudiée. Les avancées au niveau de la plateforme d’immobilisation de biomolécules par microencapsulation qui ont été réalisées lors de cette thèse permettront de mieux comprendre l’effet des réactifs impliqués dans la procédure de microencapsulation sur la stabilité, l’activité et la conformation des biomolécules. Les résultats obtenus démontrent que la plateforme d’immobilisation développée peut être appliquée pour la confection de nouveaux papiers bioactifs.

Certification of community-based forest enterprises (CFEs): limits of the Brazilian experiences

The Brazilian Amazon is one of the world’s largest tropical forests. It supplies more than 80 % of Brazil’s timber production and makes this nation the second largest producer of tropical wood. The forestry sector is of major importance in terms of economic production and employment creation. However, the Brazilian Amazon is also known for its high deforestation rate and for its rather unsustainably managed timber resources, a fact which puts in the balance the long-term future of the forestry sector in the region. Since the mid- 1990s, with strong support from World Wildlife Fund (WWF), the number of tropical forests certified by the Forest Stewardship Council (FSC) has significantly increased. This is especially true for projects sponsored by large scale companies. The number of community- based forest management projects has also increased. Certification of community-based forest enterprises (CFEs) was initially a goal for the sponsors and community members. Certification is viewed as a way to reach alternative timber markets. In Brazil, the state of Acre has the highest concentration of CFEs certified by FSC. Most of them have been implemented with the support of environmental NGOs and public funds. Environmental NGOs strongly defend the advantages of certification for communities; however, in reality, this option is not that advantageous. Despite all the efforts, the number of participants in each project remains low. Why is this occurring? In this paper, we analyze the underlying motives of a few individual’s participation in CFEs certification projects. We aim to present and discuss some factors that shape the success of CFEs and their later certification. The results are based on surveys conducted in two certified CFEs in the state of Acre.

Crise du secteur manufacturier au Québec : ampleur et nature des restructurations impliquant des licenciements collectifs entre 2003 et 2008

Des données de Statistique Canada montrent que le Québec a perdu 86 700 emplois manufacturiers nets entre 2004 et 2008, ce qui représente un recul de 13,8% (Bernard, 2009). Un dollar canadien fort, la concurrence internationale, les délocalisations de la production et les consolidations globales d'opérations sont souvent mentionnés comme étant les causes des difficultés du secteur manufacturier canadien - principalement concentré au Québec et en Ontario. La crise financière amorcée à l’été 2007, a contribué à aggraver la crise propre au secteur manufacturier dont les origines remontent au début des années 2000 (Weir, 2007; AgirE, 2008; Pilat et al., 2006). Cette recherche examine le processus de restructuration du secteur manufacturier québécois de manière détaillée au niveau des établissements afin d’en évaluer l’ampleur et la nature entre 2003 et 2008. Les données colligées permettent de poser un regard unique et original sur les restructurations ayant impliqué des licenciements collectifs au Québec. Ces données sont issues de deux sources. D'abord, nous avons utilisé une liste d‘entreprises qui ont envoyé un avis de licenciement collectif au Ministère de l’Emploi et de la Solidarité sociale du Québec entre 2003 et 2008. En second lieu, nous avons eu recours aux archives en ligne des médias pour trouver d’autres évènements de restructuration non rapportés par le ministère ainsi que pour obtenir des informations complémentaires sur les évènements déjà compilés dans la liste du ministère. Notre méthodologie de recherche et notre typologie analytique des types de restructuration sont basées sur celles développées par l’European Monitoring Center on Change (EMCC) et reprises dans certaines études comme celles de Bronfenbrenner et Luce (2004) et Hickey et Schenk (soumis). Les résultats, présentés en termes d’événements de restructuration et d’emplois perdus, sont ventilés en fonction de quelques variables (année d’occurrence, taille de l’établissement, sous-secteur d’activité, intensité technologique, région administrative, types de restructuration). Les raisons données par l’entreprise afin de justifier la restructuration ont aussi été colligées. Au cours de la période étudiée, nous avons identifié au total 1 631 évènements de restructurations dans le secteur manufacturier à travers toutes les régions du Québec, qui ont entraîné la perte de 129 383 emplois. Ainsi, 78 246 emplois ont été perdus suite à la réduction des activités de l‘établissement et 51 137 emplois l’ont été suite à la fermeture de leur établissement. La forme la plus fréquente de restructuration est la restructuration interne, suivi par la faillite/fermeture. Les types de restructuration qui ont engendré le plus de pertes d’emplois en moyenne par évènement sont dans l’ordre, la délocalisation, la sous-traitance, la consolidation d’activités ainsi que la fusion-acquisition. L’année 2008 fut celle où il y a eu le plus grand nombre de restructurations. Montréal et la Montérégie sont les régions qui ont le plus été touchées par la restructuration, les pertes d’emplois et les fermetures d’établissements. Les industries à faible intensité technologique ont davantage été frappées par la crise manufacturière. C’est le sous-secteur du papier et du bois qui connu le plus grand nombre d’événements de restructurations. Ce sous-secteur a aussi subi les pertes d’emplois les plus importantes, suivi par le sous-secteur du textile et du vêtement. Ces deux industries se partagent plus de la moitié des fermetures d’établissements. L’insuffisance de la demande (22,1%), la concurrence internationale (14,3%), la hausse de la valeur du dollar canadien (11,2%), la réorganisation interne de l’entreprise (11,1%), la rationalisation des coûts visant une augmentation de la profitabilité (10,1%) ainsi que les difficultés financières (9,9%) sont les motifs principaux donnés par les employeurs. Nos résultats montrent qu’il y a eu deux temps dans l’évolution de la restructuration du secteur manufacturier au Québec. Un premier temps au début de la période où des changements structurels profonds ont été observés dans certaines industries (p.ex. le bois-papier et le textile-vêtement) et un second temps, en fin de période caractérisé par des changements davantage liés à la conjoncture en raison de la crise économique dont les effets commençaient à se faire sentir à ce moment (Institut de la statistique du Québec, 2009a).