Caracterização estrutural e atividades farmacológicas do alginato obtido da alga Dictyopteris delicatula (J.V. Lamouroux., 1809) e seu derivado sulfatado

Marine algae are rich sources of various structural compounds which recently has been increasingly studied as a new source of bioactive substances. The alginate, as come as fucans, are considered the main acidic polysaccharides found in brown seaweed. This molecule consists a linear natural polysaccharide, non-sulfated, and presents monosaccharides: acid β-D-mannuronic (M) and α-L-guluronic acid (G); in a vast amount compositions and threads. Alginate has been widely applied in food and pharmaceutical industries because of its ability to retain water, forming films and gels as well as thickening, stabilizing and form emulsions. In this work we aimed to extract, structurally characterize, compare and analyze the possible pharmacological activities of native alginate molecule obtained from brown seaweed Dyctiopteris delicatula (DYN), and its chemically sulfated derivative (DYS). The alginate structure and composition molecule can be proven through chemical dosing, that showed low protein contamination and high sugar level, existence and separation of M and G blocks in the descending paper chromatography, infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance. Molecule sulfation was proven with sulphate dosage, resulting in 28.56% sulphate in molecule; electrophoresis, verify metachromasia with toluidine blue; and infrared spectroscopy, that showed a characteristic band at 1221cm-1 corresponding a sulfate group vibration. For the pharmacological activities the tests was: antioxidant activity, changes in cell function (MTT test) and anticoagulant test. In the antioxidant activity we observed that DYN showed better results in the kidnapping of hydroxyl radicals and ferric chelation compared to DYS, this had the best result in the total antioxidant capacity. Both showed similar activity in reducing power and the kidnapping radicals DPPH. In MTT test DYN and DYS had not proliferative and cytotoxic activity in fibroblast cells (3T3) and showed antiproliferative and cytotoxic activity in cancer cell lines HeLa and B16 melanoma. In anticoagulant assay DYN showed good activity in the intrinsic pathway of blood coagulation, and a small activity in the extrinsic pathway, in the other hand DYS showed only a very small activity in the extrinsic pathway, but cannot come to be regarded as an anticoagulant agent. From these results it can be concluded that the alginate was extracted and sulfated, revealing a potential compound to be used in the pharmaceutical industry as an anticoagulant agent, antioxidant and antitumor and the sulfation has not been conclusively important to performance in the tested pharmacological activities

Développement d’une lentille cornéenne médicamentée

L’utilisation de lentilles cornéennes peut servir à améliorer le profil d’administration d’un principe actif dans les yeux. Avec une efficacité d’administration de 5% par l’utilisation de gouttes, on comprend rapidement que l’administration oculaire doit être améliorée. Cette faible administration a donné naissance à plusieurs tentatives visant à fabriquer des lentilles cornéennes médicamentées. Cependant, à cause de multiples raisons, aucune de ces tentatives n’a actuellement été mise sur le marché. Nous proposons dans cette étude, une possible amélioration des systèmes établis par le développement d’une lentille cornéenne à base de 2-(hydroxyéthyle)méthacrylate (HEMA), dans laquelle des microgels, à base de poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM) thermosensible encapsulant un principe actif, seront incorporé. Nous avons donc débuté par développer une méthode analytique sensible par HPCL-MS/MS capable de quantifier plusieurs molécules à la fois. La méthode résultante a été validée selon les différents critères de la FDA et l’ICH en démontrant des limites de quantifications et de détections suffisamment basses, autant dans des fluides simulés que dans les tissus d’yeux de lapins. La méthode a été validée pour sept médicaments ophtalmiques : Pilocarpine, lidocaïne, proparacaïne, atropine, acétonide de triamcinolone, timolol et prednisolone. Nous avons ensuite fait la synthèse des microgels chargés négativement à base de NIPAM et d’acide méthacrylique (MAA). Nous avons encapsulé une molécule modèle dans des particules ayant une taille entre 200 et 600 nm dépendant de la composition ainsi qu’un potentiel zêta variant en fonction de la température. L’encapsulation de la rhodamine 6G (R6G) dans les microgels a été possible jusqu’à un chargement (DL%) de 38%. L’utilisation des isothermes de Langmuir a permis de montrer que l’encapsulation était principalement le résultat d’interactions électrostatiques entre les MAA et la R6G. Des cinétiques de libérations ont été effectuées à partir d’hydrogels d’acrylamide chargés en microgels encapsulant la R6G. Il a été trouvé que la libération des hydrogels chargés en microgels s’effectuait majoritairement selon l’affinité au microgel et sur une période d’environ 4-24 heures. La libération à partir de ces systèmes a été comparée à des formules d’hydrogels contenant des liposomes ou des nanogels de chitosan. Ces trois derniers (liposomes, microgels et nanogels) ont présenté des résultats prometteurs pour différentes applications avec différents profils de libérations. Enfin, nous avons transposé le modèle développé avec les gels d’acrylamide pour fabriquer des lentilles de contact de 260 à 340 µm d’épaisseur à base de pHEMA contenant les microgels avec une molécule encapsulée devant être administrée dans les yeux. Nous avons modifié la composition de l’hydrogel en incorporant un polymère linéaire, la polyvinylpyrrolidone (PVP). L’obtention d’hydrogels partiellement interpénétrés améliore la rétention d’eau dans les lentilles cornéennes. L’encapsulation dans les microgels chargés négativement a donné de meilleurs rendements avec la lidocaïne et cette dernière a été libérée de la lentille de pHEMA en totalité en approximativement 2 heures qu’elle soit ou non encapsulée dans des microgels. Ainsi dans cette étude pilote, l’impact des microgels n’a pas pu être déterminé et, de ce fait, nécessitera des études approfondies sur la structure et les propriétés de la lentille qui a été développée. En utilisant des modèles de libération plus représentatifs de la physiologie de l’œil, nous pourrions conclure avec plus de certitude concernant l’efficacité d’un tel système d’administration et s’il est possible de l’optimiser.

Chitosan gel film bandages: correlating structure, composition, and antimicrobial properties

Chitosan gel films were successfully obtained by evaporation cast from chitosan solutions in aqueous acidic solutions of organic acids (lactic and acetic acid) as gel film bandages, with a range of additives that directly influence film morphology and porosity. We show that the structure and composition of a wide range of 128 thin gel films, is correlated to the antimicrobial properties, their biocompatibility and resistance to biodegradation. Infrared spectroscopy and solid-state 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy was used to correlate film molecular structure and composition to good antimicrobial properties against 10 of the most prevalent Gram positive and Gram negative bacteria. Chitosan gel films reduce the number of colonies after 24 h of incubation by factors of ∼105–107 CFU/mL, compared with controls. For each of these films, the structure and preparation condition has a direct relationship to antimicrobial activity and effectiveness. These gel film bandages also show excellent stability against biodegradation with lysozyme under physiological conditions (5% weight loss over a period of 1 month, 2% in the first week), allowing use during the entire healing process. These chitosan thin films and subsequent derivatives hold potential as low-cost, dissolvable bandages, or second skin, with antimicrobial properties that prohibit the most relevant intrahospital bacteria that infest burn injuries.

Mechanistic Models of Anti-HIV Microbicide Drug Delivery

A new modality for preventing HIV transmission is emerging in the form of topical microbicides. Some clinical trials have shown some promising results of these methods of protection while other trials have failed to show efficacy. Due to the relatively novel nature of microbicide drug transport, a rigorous, deterministic analysis of that transport can help improve the design of microbicide vehicles and understand results from clinical trials. This type of analysis can aid microbicide product design by helping understand and organize the determinants of drug transport and the potential efficacies of candidate microbicide products.

Microbicide drug transport is modeled as a diffusion process with convection and reaction effects in appropriate compartments. This is applied here to vaginal gels and rings and a rectal enema, all delivering the microbicide drug Tenofovir. Although the focus here is on Tenofovir, the methods established in this dissertation can readily be adapted to other drugs, given knowledge of their physical and chemical properties, such as the diffusion coefficient, partition coefficient, and reaction kinetics. Other dosage forms such as tablets and fiber meshes can also be modeled using the perspective and methods developed here.

The analyses here include convective details of intravaginal flows by both ambient fluid and spreading gels with different rheological properties and applied volumes. These are input to the overall conservation equations for drug mass transport in different compartments. The results are Tenofovir concentration distributions in time and space for a variety of microbicide products and conditions. The Tenofovir concentrations in the vaginal and rectal mucosal stroma are converted, via a coupled reaction equation, to concentrations of Tenofovir diphosphate, which is the active form of the drug that functions as a reverse transcriptase inhibitor against HIV. Key model outputs are related to concentrations measured in experimental pharmacokinetic (PK) studies, e.g. concentrations in biopsies and blood. A new measure of microbicide prophylactic functionality, the Percent Protected, is calculated. This is the time dependent volume of the entire stroma (and thus fraction of host cells therein) in which Tenofovir diphosphate concentrations equal or exceed a target prophylactic value, e.g. an EC50.

Results show the prophylactic potentials of the studied microbicide vehicles against HIV infections. Key design parameters for each are addressed in application of the models. For a vaginal gel, fast spreading at small volume is more effective than slower spreading at high volume. Vaginal rings are shown to be most effective if inserted and retained as close to the fornix as possible. Because of the long half-life of Tenofovir diphosphate, temporary removal of the vaginal ring (after achieving steady state) for up to 24h does not appreciably diminish Percent Protected. However, full steady state (for the entire stromal volume) is not achieved until several days after ring insertion. Delivery of Tenofovir to the rectal mucosa by an enema is dominated by surface area of coated mucosa and whether the interiors of rectal crypts are filled with the enema fluid. For the enema 100% Percent Protected is achieved much more rapidly than for vaginal products, primarily because of the much thinner epithelial layer of the mucosa. For example, 100% Percent Protected can be achieved with a one minute enema application, and 15 minute wait time.

Results of these models have good agreement with experimental pharmacokinetic data, in animals and clinical trials. They also improve upon traditional, empirical PK modeling, and this is illustrated here. Our deterministic approach can inform design of sampling in clinical trials by indicating time periods during which significant changes in drug concentrations occur in different compartments. More fundamentally, the work here helps delineate the determinants of microbicide drug delivery. This information can be the key to improved, rational design of microbicide products and their dosage regimens.

Functional application of lactic acid bacteria exopolysaccharide in complex food systems

Lactic acid bacteria expolysaccharides (LAB-EPS), in particular those formed from sucrose have the potential to improve food and beverage rheology and enhance their sensory properties potentially replacing or reducing expensive hydrocolloids currently used as improvers in food and beverage industries. Addition of sucrose not only enables EPS formation but also affects organic acid formation, thus influencing the sensory properties of the resulting food/beverage products. The first part of the study the organoleptic modulation of barley malt derived wort fermented using in situ produced bacterial polysaccharides has been investigated. Weisella cibaria MG1 was capable to produce exopolysaccharides during sucrosesupplemented barley malt derived wort fermentation. Even though the strain dominated the (sucrose-supplemented) wort fermentation, it was found to produce EPS (14.4 g l-1) with lower efficiency than in SucMRS (34.6 g l-1). Higher maltose concentration in wort led to the increased formation of oligosaccharide (OS) at the expense of EPS. Additionally, small amounts of organic acids were formed and ethanol remained below 0.5% (v/v). W. cibaria MG1 fermented worts supplemented with 5 or 10% sucrose displayed a shear-thinning behaviour indicating the formation of polymers. This report showed how novel and nutritious LAB fermented wort-base beverage with prospects for further advancements can be formulated using tailored microbial cultures. In the next step, the impact of exopolysaccharide-producing Weissella cibaria MG1 on the ability to improve rheological properties of fermented plant-based milk substitute plant based soy and quinoa grain was evaluated. W. cibaria MG1 grew well in soy milk, exceeding a cell count of log 8 cfu/g within 6 h of fermentation. The presence of W. cibaria MG1 led to a decrease in gelation and fermentation time. EPS isolated from soy yoghurts supplemented with sucrose were higher in molecular weight (1.1 x 108 g/mol vs 6.6 x 107 g/mol), and resulted in reduced gel stiffness (190 ± 2.89 Pa vs 244 ± 15.9 Pa). Soy yoghurts showed typical biopolymer gels structure and the network structure changed to larger pores and less cross-linking in the presence of sucrose and increasing molecular weight of the EPS. In situ investigation of Weissella cibaria MG1 producing EPS on quinoa-based milk was performed. The production of quinoa milk, starting from wholemeal quinoa flour, was optimised to maximise EPS production. On doing that, enzymatic destructuration of protein and carbohydrate components of quinoa milk was successfully achieved applying alpha-amylase and proteases treatments. Fermented wholemeal quinoa milk using Weissella cibaria MG1 showed high viable cell counts (>109 cfu/mL), a pH of 5.16, and significantly higher water holding capacity (WHC, 100 %), viscosity (> 0. 5 Pa s) and exopolysaccharide (EPS) amount (40 mg/L) than the chemically acidified control. High EPS (dextran) concentration in quinoa milk caused earlier aggregation because more EPS occupy more space, and the chenopodin were forced to interact with each other. Direct observation of microstructure in fermented quinoa milk indicated that the network structures of EPS-protein could improve the texture of fermented quinoa milk. Overall, Weissella cibaria MG1 showed favorable technology properties and great potential for further possible application in the development of high viscosity fermented quinoa milk. The last part of the study investigate the ex-situ LAB-EPS (dextran) application compared to other hydrocolloids as a novel food ingredient to compensate for low protein in biscuit and wholemeal wheat flour. Three hydrocolloids, xanthan gum, dextran and hydroxypropyl methylcellulose, were incorporated into bread recipes based on high-protein flours, low-protein flours and coarse wholemeal flour. Hydrocolloid levels of 0–5 % (flour basis) were used in bread recipes to test the water absorption. The quality parameters of dough (farinograph, extensograph, rheofermentometre) and bread (specific volume, crumb structure and staling profile) were determined. Results showed that xanthan had negative impact on the dough and bread quality characteristics. HPMC and dextran generally improved dough and bread quality and showed dosage dependence. Volume of low-protein flour breads were significantly improved by incorporation of 0.5 % of the latter two hydrocolloids. However, dextran outperformed HPMC regarding initial bread hardness and staling shelf life regardless the flour applied in the formulation.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Suivi par élastographie ultrasonore après réparation endovasculaire d’anévrisme aorto-iliaque : étude de faisabilité in vivo

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et les anévrismes de l’aorte abdominale (AAAs) font partie de ce lot déplorable. Un anévrisme est la dilatation d’une artère pouvant conduire à la mort. Une rupture d’AAA s’avère fatale près de 80% du temps. Un moyen de traiter les AAAs est l’insertion d’une endoprothèse (SG) dans l’aorte, communément appelée la réparation endovasculaire (EVAR), afin de réduire la pression exercée par le flux sanguin sur la paroi. L’efficacité de ce traitement est compromise par la survenue d’endofuites (flux sanguins entre la prothèse et le sac anévrismal) pouvant conduire à la rupture de l’anévrisme. Ces flux sanguins peuvent survenir à n’importe quel moment après le traitement EVAR. Une surveillance par tomodensitométrie (CT-scan) annuelle est donc requise, augmentant ainsi le coût du suivi post-EVAR et exposant le patient à la radiation ionisante et aux complications des contrastes iodés. L’endotension est le concept de dilatation de l’anévrisme sans la présence d’une endofuite apparente au CT-scan. Après le traitement EVAR, le sang dans le sac anévrismal coagule pour former un thrombus frais, qui deviendra progressivement un thrombus plus fibreux et plus organisé, donnant lieu à un rétrécissement de l’anévrisme. Il y a très peu de données dans la littérature pour étudier ce processus temporel et la relation entre le thrombus frais et l’endotension. L’étalon d’or du suivi post-EVAR, le CT-scan, ne peut pas détecter la présence de thrombus frais. Il y a donc un besoin d’investir dans une technique sécuritaire et moins coûteuse pour le suivi d’AAAs après EVAR. Une méthode récente, l’élastographie dynamique, mesure l’élasticité des tissus en temps réel. Le principe de cette technique repose sur la génération d’ondes de cisaillement et l’étude de leur propagation afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu étudié. Cette thèse vise l’application de l’élastographie dynamique pour la détection des endofuites ainsi que de la caractérisation mécanique des tissus du sac anévrismal après le traitement EVAR. Ce projet dévoile le potentiel de l’élastographie afin de réduire les dangers de la radiation, de l’utilisation d’agent de contraste ainsi que des coûts du post-EVAR des AAAs. L’élastographie dynamique utilisant le « Shear Wave Imaging » (SWI) est prometteuse. Cette modalité pourrait complémenter l’échographie-Doppler (DUS) déjà utilisée pour le suivi d’examen post-EVAR. Le SWI a le potentiel de fournir des informations sur l’organisation fibreuse du thrombus ainsi que sur la détection d’endofuites. Tout d’abord, le premier objectif de cette thèse consistait à tester le SWI sur des AAAs dans des modèles canins pour la détection d’endofuites et la caractérisation du thrombus. Des SGs furent implantées dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé au moyen de la veine jugulaire. 4 anévrismes avaient une endofuite de type I, 13 avaient une endofuite de type II et un anévrisme n’avait pas d’endofuite. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été réalisés à l’implantation, puis 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après le traitement EVAR. Une angiographie, un CT-scan et des coupes macroscopiques ont été produits au sacrifice. Les régions d’endofuites, de thrombus frais et de thrombus organisé furent identifiées et segmentées. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions furent comparées. Celles-ci furent différentes de façon significative (P < 0.001). Également, le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (1) et le DUS (3) ont échoué. Dans la continuité de ces travaux, le deuxième objectif de ce projet fut de caractériser l’évolution du thrombus dans le temps, de même que l’évolution des endofuites après embolisation dans des modèles canins. Dix-huit anévrismes furent créés dans les artères iliaques de neuf modèles canins, suivis d’une endofuite de type I après EVAR. Deux gels embolisants (Chitosan (Chi) ou Chitosan-Sodium-Tetradecyl-Sulfate (Chi-STS)) furent injectés dans le sac anévrismal pour promouvoir la guérison. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été effectués à l’implantation et après 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois. Une angiographie, un CT-scan et un examen histologique ont été réalisés au sacrifice afin d’évaluer la présence, le type et la grosseur de l’endofuite. Les valeurs du module d’élasticité des régions d’intérêts ont été identifiées et segmentées sur les données pathologiques. Les régions d’endofuites et de thrombus frais furent différentes de façon significative comparativement aux autres régions (P < 0.001). Les valeurs d’élasticité du thrombus frais à 1 semaine et à 3 mois indiquent que le SWI peut évaluer la maturation du thrombus, de même que caractériser l’évolution et la dégradation des gels embolisants dans le temps. Le SWI a pu détecter des endofuites où le DUS a échoué (2) et, contrairement au CT-scan, détecter la présence de thrombus frais. Finalement, la dernière étape du projet doctoral consistait à appliquer le SWI dans une phase clinique, avec des patients humains ayant déjà un AAA, pour la détection d’endofuite et la caractérisation de l’élasticité des tissus. 25 patients furent sélectionnés pour participer à l’étude. Une comparaison d’imagerie a été produite entre le SWI, le CT-scan et le DUS. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions (endofuite, thrombus) furent identifiées et segmentées. Celles-ci étaient distinctes de façon significative (P < 0.001). Le SWI a détecté 5 endofuites sur 6 (sensibilité de 83.3%) et a eu 6 faux positifs (spécificité de 76%). Le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (2) ainsi que le DUS (2) ont échoué. Il n’y avait pas de différence statistique notable entre la rigidité du thrombus pour un AAA avec endofuite et un AAA sans endofuite. Aucune corrélation n’a pu être établie de façon significative entre les diamètres des AAAs ainsi que leurs variations et l’élasticité du thrombus. Le SWI a le potentiel de détecter les endofuites et caractériser le thrombus selon leurs propriétés mécaniques. Cette technique pourrait être combinée au suivi des AAAs post-EVAR, complémentant ainsi l’imagerie DUS et réduisant le coût et l’exposition à la radiation ionisante et aux agents de contrastes néphrotoxiques.

Dynamique de l'oxygène et l'activité microbienne dans les lacs de fonte du pergélisol subarctique

Les lacs de thermokarst (lacs peu profonds créés par le dégel et l’érosion du pergélisol riche en glace) sont un type unique d’écosystèmes aquatiques reconnus comme étant de grands émetteurs de gaz à effet de serre vers l’atmosphère. Ils sont abondants dans le Québec subarctique et ils jouent un rôle important à l’échelle de la planète. Dans certaines régions, les lacs de thermokarst se transforment rapidement et deviennent plus grands et plus profonds. L’objectif de cette étude était d’améliorer la compréhension et d’évaluer quelles variables sont déterminantes pour la dynamique de l’oxygène dans ces lacs. C’est pourquoi j’ai examiné les possibles changements futurs de la dynamique de l’oxygène dans ces lacs dans un contexte de réchauffement climatique. Une grande variété de méthodes ont été utilisées afin de réaliser cette recherche, dont des analyses in situ et en laboratoire, ainsi que la modélisation. Des capteurs automatisés déployés dans cinq lacs ont mesuré l’oxygène, la conductivité et la température de la colonne d’eau en continu de l’été 2012 jusqu’à l’été 2015, à des intervalles compris entre 10 à 60 minutes. Des analyses en laboratoire ont permis de déterminer la respiration et les taux de production bactériens, les variables géochimiques limnologiques, ainsi que la distribution de la production bactérienne entre les différentes fractions de taille des communautés. La température de l’eau et les concentrations d’oxygène dissous d’un lac de thermokarst ont été modélisées avec des données du passé récent (1971) au climat futur (2095), en utilisant un scénario modéré (RCP 4.5) et un scénario plus extrême (RCP 8.5) de réchauffement climatique. Cette recherche doctorale a mis en évidence les conditions anoxiques fréquentes et persistantes présentes dans de nombreux lacs de thermokarst. Aussi, ces lacs sont stratifiés pendant l’hiver comme des concentrations élevées d’ions s’accumulent dans leurs hypolimnions à cause de la formation du couvert de glace (cryoconcentration) et de la libération des ions avec la respiration bactérienne. Les différences de température contribuent également à la stabilité de la stratification. La dynamique de mélange des lacs de thermokarst étudiés était contrastée : la colonne d’eau de certains lacs se mélangeait entièrement deux fois par année, d’autres lacs se mélangeaient qu’une seule fois en automne, alors que certains lacs ne se mélangeaient jamais entièrement. Les populations bactériennes étaient abondantes et très actives, avec des taux respiratoires comparables à ceux mesurés dans des écosystèmes méso-eutrophes ou eutrophes des zones tempérées de l’hémisphère nord. L’érosion des matériaux contenus dans le sol des tourbières pergélisolées procure un substrat riche en carbone et en éléments nutritifs aux populations bactériennes, et ils constituent des habitats propices à la colonisation par des populations de bactéries associées aux particules. Le modèle de la concentration d’oxygène dissous dans un lac a révélé que le réchauffement des températures de l’air pourrait amincir le couvert de glace et diminuer sa durée, intensifiant le transfert de l’oxygène atmosphérique vers les eaux de surface. Ainsi, la concentration en oxygène dissous dans la colonne d’eau de ce lac augmenterait et les périodes de conditions anoxiques pourraient devenir plus courtes. Finalement, cette thèse doctorale insiste sur le rôle des lacs de thermokarst comme des réacteurs biogéochimiques pour la dégradation du carbone organique, qui était retenu dans les sols gelés, en gaz à effet de serre libérés dans l’atmosphère. L’oxygène est un indicateur sensible du mélange de la colonne d’eau et de la dynamique chimique des lacs, en plus d’être une variable clé des processus métaboliques.

New N-acylamino acids and derivatives from renewable fatty acids: gelation of hydrocarbons and thermal properties

This work reports the synthesis of new fatty N-acylamino acids and N-acylamino esters from the C16:0, C18:0, C18:1, and C18:1(OH) fatty acid families and demonstrates the activity of these compounds as organogel agents. Compounds were heated and dissolved in various solvents (n-hexane, toluene, and gasoline). Only saturated C16:0 and C18:0 derived from alanine were able to form gels in toluene, and saturated C16:0 derived from phenylalanine showed gelation in n-hexane. This is the first evidence that fatty N-acylamino esters and N-acylamino acid derivatives of l-serine and fatty acids C16:0, C18:0, and C18:1 are able to form gels with hexane. This observation confirms the importance of the hydroxyl group in the segment derivative of l-serine in forming good gels.

Caractérisation des sols argileux du secteur de l’Isle-Verte et Trois-Pistoles, Québec

Une caractérisation géotechnique des sites d’étude de l’Isle-Verte et de Notre-Dame-des-Neiges, dans le Bas-Saint-Laurent, a permis de définir les principales caractéristiques physiques, minéralogiques, mécaniques et hydrauliques des silts argileux constituant ce dépôt. Ces sites sont constitués d’une couche de consistance très raide à dure qui surmonte une couche de consistance raide, avec la présence d’une couche de transition entre celles-ci. L’unité supérieure est fortement surconsolidée et montre des teneurs en eau d’environ 20 %, associées à des indices de liquidité près de 0. L’unité inférieure présente des teneurs en eau d’environ 30 %, associées à des indices de liquidité qui augmente jusqu’à 0,8 en profondeur. Plusieurs indices indiquent que le sol de l’unité inférieure est normalement consolidé ou légèrement surconsolidé, dont un rapport SuV/’v0 de 0,20 et des rapports Bq entre 0,8 et 1,0. L’unité intermédiaire joue un rôle de transition entre les unités supérieure et inférieure, avec des caractéristiques qui varient graduellement entre les deux unités. De façon générale, l’ensemble du dépôt possède des indices des vides très faibles, notamment pour les unités supérieures et intermédiaires, qui sont associés à des indices de compression entre 0,1 et 0,25. Le mode de mise en place de ce dépôt pourrait expliquer ses caractéristiques géotechniques. Il est probable qu’une réavancée glaciaire entre 12 400 et 12 000 ans B.P. ait déplacé du matériau argileux situé à des élévations plus importantes pour ensuite le déposer sur du matériau argileux déjà présent à des élévations plus faibles. L’unité inférieure semble normalement consolidée, ce qui implique que le glacier était semi-flottant et que les sols argileux qui ont été déplacés étaient gelés et collés sous le glacier. L’hypothèse de la combinaison du gel et d’une surcharge pourrait expliquer le fort degré de surconsolidation et les IL très faibles de l’unité supérieure.