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Une meilleure compréhension de la dynamique et des changements des formes du phosphore (P) dans les sols agricoles est indispensable pour le maintien de leur productivité et de la qualité des eaux de surface. L’objectif de cette thèse a été de développer et d’utiliser des méthodes innovatrices pour mesurer les différentes formes de P et caractériser leurs changements dans des sols soumis à différentes pratiques culturales. Nous avons évalué le potentiel de la spectroscopie dans le proche infrarouge (SPIR) à prédire le P total (PT), le P chimiquement extrait à la solution Mehlich-3 (PM3) et à l’eau (Cp) et le P organique (Po) dans deux sites de teneurs variables en P situés au Québec et en Saskatchewan. Les résultats obtenus ont démontré que la prédiction du PT et du PM3 dans le site du Québec est modérément utile et non acceptable, respectivement. Cependant, des résultats inverses ont été trouvés dans le site du Saskatchewan. La prédiction du Po est de modérément utile à modérément réussie dans le site du Saskatchewan. Le potentiel de la prédiction de ces formes du P par la SPIR dépend de la texture du sol, de leur variation dans le sol et de leur lien à la matière organique. En outre, nous avons démontré que les résultats de l’analyse de variance et de la corrélation des espèces moléculaires de P, brutes ou ordinairement transformées, varient en fonction de leur unité de mesure. L’utilisation de l’analyse compositionnelle avec les transformations du log ratio centré ou du log ratio isométrique permet d’éviter ce biais et d’avoir des interprétations cohérentes des résultats. Finalement, l’analyse par résonance magnétique nucléaire des sols sous rotation de maïs et de soya de longue durée au Québec a démontré que l’accumulation de PT (1326 mg kg-1) dans la couche superficielle du sol (0-5 cm) soumis à la fertilisation phosphatée et au semis direct était principalement due aux ions orthophosphates (49,7% du PT). Cependant, les formes organiques s’accumulaient en profondeur sous forme d’inositols monoesters et de nucléotides qui sont donc susceptibles d’atteindre les cours d’eaux adjacents par drainage. Ce projet de recherche nous permet de mieux caractériser et gérer les formes de P dans les écosystèmes cultivés en adoptant les pratiques culturales adéquates.

Understanding of phosphorus (P) forms dynamics and changes in agro-ecosystems is essential for the development of best management practices to maintain soil productivity and surface water quality. The objective of this thesis was to develop and use innovative methods to characterize soil P forms and their changes under different management practices. We examined the potential of near infrared spectroscopy (NIRS) to predict soil total P (TP), soil P extracted by Mehlich-3 solution (M3P) and by water (Cp), and soil organic P (OP) for soil samples taken from two sites with different P content located at Quebec and Saskatchewan. The results showed that the prediction of TP and M3P in the site of Quebec were moderately useful and not acceptable, respectively.…

Advisors/Committee Members: Parent, Léon-Étienne, Ziadi, Noura.

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Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) sont des symbiotes nécessaires au développement d’environ 80% des plantes vasculaires (Brundrett 2009). Leur impact sur l’adaptation et la croissance des plantes est essentiel, en particulier dans les milieux pauvres comme les maquis miniers de Nouvelle-Calédonie. Les études réalisées jusqu’à présent en Nouvelle-Calédonie sur ce sujet ont démontré l’importance de ces symbiotes dans les maquis miniers et leur rôle dans la nutrition des plantes endémiques et plus généralement dans l’adaptation aux contraintes multiples de ces milieux (Amir et al. 1997 ; Perrier et al. 2006 ;Amir et al. 2007 ; Amir et al. 2008 ; Lagrange 2009 ; Amir et Ducousso 2010). La maîtrise de la symbiose plante/AMF dans ces écosystèmes est essentielle à la mise au point de méthodes de restauration écologique des terrains miniers dégradés, d’autant que les AMF sont des symbiotes non spécifiques et que le même champignon peut être utilisé pour mycorhizer de nombreuses espèces végétales. Toutefois nos connaissances actuelles restent insuffisantes, notamment en ce qui concerne la biodiversité de ces AMF et les mécanismes de leurs effets positifs sur la plante.

In New Caledonia (NC), restoration of open-cat mining sites is far from being mastered. It still needs work, to be improved, especially in plants - soil - microorganisms relationships. These works have focus on description of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) diversity and role in the adaptation of plants to ultramafic constraint, with plant growth promoting rhibzobacteria (PGPR). The diversity of AMF is analyzed on two plant genera with species on ultramafic soils, nickel hyperaccumulat ing or not, and on volcano-sedimentary soils. The analysis of this diversity shows that community composition is contrasted between the two types of soil. Some of AMF taxa seem to be specific to ultramafic soils and some even to be specific to nickel hyperaccumulator species. For the role in adaptation of plants to ultramafic constraints, greenhouse experiments on three endemic species (Alphitonia meocaledonica, Carpolepis laurifolia and Costularia comosa) have shown that naturally brings mycorrhiza improved growth, mineral nutrition, water and Ca /Mg ration. Phosphorus additions seem to change these effects with different consequences on growth according to the host plant. Finally, the use of PGPR alone or with AMF showed that the effect depends on host plant species and bacterial strain, but usually leads to improved growth and plant nutrition. These studies have shown the importance of AMF in ultramafic soils NC.

Advisors/Committee Members: Amir, Hamid (thesis director).

▼ On observe depuis quelques années au Québec une augmentation du nombre de lacs subissant des blooms de cyanobactéries. Ce mémoire de maîtrise a pris forme autour d'une démarche citoyenne vouée à mieux comprendre les sources des blooms de cyanobactéries du lac Bromont, en Estrie. Puisque le phosphore joue un rôle prépondérant dans le déclenchement des blooms de cyanobactéries au Québec comme ailleurs, notre objectif de recherche a été de caractériser les sources de phosphore du lac Bromont, en considérant les apports provenant du bassin versant et des sédiments du lac. Nous avons aussi considéré les apports d'azote et de matières en suspension. Notre étude est basée sur la mesure in situ des concentrations de phosphore, d'azote et de matières en suspension du lac et des ruisseaux étendue sur une période d'un an, à partir de mars 2007. Notre étude a porté sur les 4 affluents permanents du lac Bromont, les ruisseaux Petit Galop, Coulée du rocher, des Cervidés et Wright. Leurs débits ont également été mesuré pour ensuite calculer la charge annuelle de phosphore de chaque ruisseau afin d'identifier le ruisseau le plus problématique. Les apports de phosphore provenant des sédiments ont aussi été quantifié à l'aide de dialyseurs installés dans la fosse du lac en période anoxique. Ces résultats ont été comparés avec les apports du bassin versant et l'ensemble de ces données nous a permis d'établir le bilan de phosphore du lac Bromont. Les résultats nous montre que le lac Bromont est un puits de matières en suspension et de phosphore total. Son bassin versant apporte la majeure partie du phosphore au lac. Le ruisseau Wright est le plus chargé en nutriments et matières en suspension des affluents du lac Bromont. L'évolution des charges de phosphore dans le temps nous souligne qu'à certaines dates, particulièrement au printemps, d'autres ruisseaux amènent également d'importantes quantités de phosphore. En outre, une remobilisation de phosphore des sédiments a été mesuré. Ce mémoire inclut également une discussion sur l'impact potentiel de diverses activités humaines présentes sur le bassin versant du lac Bromont, basé sur les variations spatio-temporelles des nutriments et matières en suspension. Il n'est pas possible d'identifier clairement l'utilisation du territoire étant la principale source de phosphore sur le bassin versant du ruisseau Wright. Toutefois, sur l'ensemble du bassin versant du lac Bromont, la vidange des lacs artificiels présents sur le cours des ruisseaux, certaines pratiques agricoles et la construction sont des exemples d'activités humaines à considérer. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Phosphore, Bromont, Bilan massique, Remobilisation, Bassin versant.

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111 p. : ill. ; 30 cm

Les travaux de recherche effectués dans le cadre de cette thèse ont pour objectifs : L’amélioration de la qualité électrique des substrats de silicium multicristallin obtenu dans notre Unité par le procédé de tirage à échangeur thermique (HEM), avec le gettering externe au phosphore. L’élaboration d’une nouvelle source dopante au phosphore pour réaliser des émetteurs n+p sur des substrats de silicium multicristallin (Si-mc). Dans la première partie, nous avons procédé à l’étude du gettering externe par diffusion de phosphore appliqué sur des plaquettes de Si-mc HEM/UDTS. Deux sources ont été utilisées pour effectuer le gettering ; une source préforme avec un gettering homogène et une source liquide de POCl3 avec deux schémas : gettering homogène et étendu. L’application du gettering externe par source liquide de POCl3 dans un four de diffusion conventionnel ainsi que par les sources préformes, ont conduit à une nette amélioration de la durée de vie (τeff). Les valeurs initiales mesurées sur des substrats de Si-mc sont de l’ordre de 3 à 8 μsec. Nous avons obtenu une nette augmentation de la durée de vie de 15 à 37μsesc avec les procédés homogène et étendu par source liquide POCL3, et 20 μsec avec gettering par des sources préformes. Dans la deuxième partie, nous avons développé une nouvelle émulsion dopante au phosphore pour la réalisation de l’émetteur de n+p. Plusieurs solvants organiques ont été utilisés avec l’acide H3PO4 pour préparer l'émulsion dopante. Les meilleures couches déposées sur des substrats de Si-mc, par la technique d’atomisation ’’Spray’’, sont obtenues avec la solution H3PO4: sec-butanol. Les émetteurs obtenus sont caractérisés par des profondeurs de jonction de 0.2 à 0.7 μm et une résistivité de 10 à 86 Ω/ . Ces valeurs sont compatibles avec le procédé de fabrication de piles solaires à base de silicium multicrystallin. Les émetteurs réalisés par cette technique, possèdent des caractéristiques similaires à ceux réalisés avec des techniques chères et complexes telles que la diffusion par sources liquide POCL3

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111 p. ; ill. ; 30 cm

Les travaux de recherche effectués dans le cadre de cette thèse ont pour objectifs : L’amélioration de la qualité électrique des substrats de silicium multicristallin obtenu dans notre Unité par le procédé de tirage à échangeur thermique (HEM), avec le gettering externe au phosphore. L’élaboration d’une nouvelle source dopante au phosphore pour réaliser des émetteurs n+p sur des substrats de silicium multicristallin (Si-mc). Dans la première partie, nous avons procédé à l’étude du gettering externe par diffusion de phosphore appliqué sur des plaquettes de Si-mc HEM/UDTS. Deux sources ont été utilisées pour effectuer le gettering ; une source préforme avec un gettering homogène et une source liquide de POCl3 avec deux schémas : gettering homogène et étendu. L’application du gettering externe par source liquide de POCl3 dans un four de diffusion conventionnel ainsi que par les sources préformes, ont conduit à une nette amélioration de la durée de vie (τeff). Les valeurs initiales mesurées sur des substrats de Si-mc sont de l’ordre de 3 à 8 μsec. Nous avons obtenu une nette augmentation de la durée de vie de 15 à 37μsesc avec les procédés homogène et étendu par source liquide POCL3, et 20 μsec avec gettering par des sources préformes. Dans la deuxième partie, nous avons développé une nouvelle émulsion dopante au phosphore pour la réalisation de l’émetteur de n+p. Plusieurs solvants organiques ont été utilisés avec l’acide H3PO4 pour préparer l'émulsion dopante. Les meilleures couches déposées sur des substrats de Si-mc, par la technique d’atomisation ’’Spray’’, sont obtenues avec la solution H3PO4: sec-butanol. Les émetteurs obtenus sont caractérisés par des profondeurs de jonction de 0.2 à 0.7 μm et une résistivité de 10 à 86 Ω/ . Ces valeurs sont compatibles avec le procédé de fabrication de piles solaires à base de silicium multicrystallin. Les émetteurs réalisés par cette technique, possèdent des caractéristiques similaires à ceux réalisés avec des techniques chères et complexes telles que la diffusion par sources liquide POCL3

▼ On observe depuis quelques années au Québec une augmentation du nombre de lacs subissant des blooms de cyanobactéries. Ce mémoire de maîtrise a pris forme autour d'une démarche citoyenne vouée à mieux comprendre les sources des blooms de cyanobactéries du lac Bromont, en Estrie. Puisque le phosphore joue un rôle prépondérant dans le déclenchement des blooms de cyanobactéries au Québec comme ailleurs, notre objectif de recherche a été de caractériser les sources de phosphore du lac Bromont, en considérant les apports provenant du bassin versant et des sédiments du lac. Nous avons aussi considéré les apports d'azote et de matières en suspension. Notre étude est basée sur la mesure in situ des concentrations de phosphore, d'azote et de matières en suspension du lac et des ruisseaux étendue sur une période d'un an, à partir de mars 2007. Notre étude a porté sur les 4 affluents permanents du lac Bromont, les ruisseaux Petit Galop, Coulée du rocher, des Cervidés et Wright. Leurs débits ont également été mesuré pour ensuite calculer la charge annuelle de phosphore de chaque ruisseau afin d'identifier le ruisseau le plus problématique. Les apports de phosphore provenant des sédiments ont aussi été quantifié à l'aide de dialyseurs installés dans la fosse du lac en période anoxique. Ces résultats ont été comparés avec les apports du bassin versant et l'ensemble de ces données nous a permis d'établir le bilan de phosphore du lac Bromont. Les résultats nous montre que le lac Bromont est un puits de matières en suspension et de phosphore total. Son bassin versant apporte la majeure partie du phosphore au lac. Le ruisseau Wright est le plus chargé en nutriments et matières en suspension des affluents du lac Bromont. L'évolution des charges de phosphore dans le temps nous souligne qu'à certaines dates, particulièrement au printemps, d'autres ruisseaux amènent également d'importantes quantités de phosphore. En outre, une remobilisation de phosphore des sédiments a été mesuré. Ce mémoire inclut également une discussion sur l'impact potentiel de diverses activités humaines présentes sur le bassin versant du lac Bromont, basé sur les variations spatio-temporelles des nutriments et matières en suspension. Il n'est pas possible d'identifier clairement l'utilisation du territoire étant la principale source de phosphore sur le bassin versant du ruisseau Wright. Toutefois, sur l'ensemble du bassin versant du lac Bromont, la vidange des lacs artificiels présents sur le cours des ruisseaux, certaines pratiques agricoles et la construction sont des exemples d'activités humaines à considérer. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Phosphore, Bromont, Bilan massique, Remobilisation, Bassin versant.

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Les nanotechnologies ont le grand potentiel de révolutionner des technologies classiques variées, dû au développement de nombreux nanodispositifs et ont été intensément étudiées durant la dernière décade. Parmi les nanoparticules utilisées, les dendrimères et dendrons appartiennent à ce "nano-monde" en vertu de leur taille nanométrique, qui peut être modifiée à volonté, ainsi que par exemple leur multivalence et leurs charges. A l'intérieur de l'espace dendrimère, les dendrimères phosphorés apparaissent comme étant parmi les systèmes dendritiques les plus utiles, grâce à l'extraordinaire réactivité et adaptabilité de la chimie du phosphore. Dans ce mémoire nous décrivons la synthèse de plusieurs familles de dendrons phosphorés fluorescent amphiphiles potentiellement intéressants dans les domaines des nanomatériaux et de la nanomédecine. L'hexachlorocyclotriphosphazene utilisé comme cœur a été substitué par cinq groupements hydroxybenzaldehyde et un monomère tel que le pyrene ou un dérivé maleimide comme entité fluorescente ou l'azabisdimethylphosphonate comme groupement non fluorescent. Ces dendrons ont été préparés jusqu'à la génération 2 selon une voie divergente. La dernière étape a consisté en un greffage d'aminopyrrolidine ou aminopipéridine, suivi par protonation par HCl des groupements amines cycliques terminaux conduisant à la formation de dendrons phosphorés amphiphiles. La caractérisation physico-chimique a été réalisée par tout un ensemble de techniques : RMN, UV, CMC, diffusion dynamique de la lumière, potentiel zéta, microscopie électronique à transmission, fluorescence, dichroïsme circulaire, thermogravimétrie. L'étape suivante a consisté en l'étude des propriétés biologiques. Leur cytotoxicité a été déterminée en utilisant des tests MTT et Alamar Blue, effectués sur onze lignées cancéreuses ou saines (HL-60, HCT-116, A549, MCF7, PC3, U87, K562, K562R, MCR5, MDA-MB231 and HT-29). Des tests d'hémolyse ont été effectués pour tester l'effet des dendrons sur la membrane des cellules. Leur habilité à s'associer à du matériel génétique tels que les petits ARN interférents (siRNA siBCL-xL) a été mise en évidence par des expériences notamment d'électrophorèse sur gel. L'internalisation de ces associations (dendriplexes) dans les cellules tumorales a été suivie par cytométrie en flux. Dans le but de moduler les propriétés anticancéreuses des dendrons fluorescents amphiphiles, des quantum dots de carbone (CQDs) ont été associés avec les dendrons pyrene en présence d'un agent cytotoxique comme la doxorubicine encapsulée dans les micelles formées par les dendron pyrene et les CQDs. [...]

Nanotechnologies have the high potential to revolutionize various other classical technologies in many fields, due to the development of numerous nanodevice types, and have been intensively studied over the last decade. Among these nanoparticles, dendrimers and dendrons pertain to the "nano-world" by virtue of their size. Their nanometric sizes can be tailored as well, for instance, their multivalency and charges. Within the…

Advisors/Committee Members: Caminade, Anne-Marie (thesis director), Majoral, Jean-Pierre (thesis director).

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Ce travail de thèse porte sur la synthèse de nanocristaux de phosphure d'indium (InP) et en particulier sur l'utilisation de précurseurs phosphorés tels que le phosphore blanc et les aminophosphines. Les nanocristaux d'InP sont des matériaux semi-conducteurs prometteurs dans le cadre d'applications biologiques et optoélectroniques grâce à leur faible toxicité et à leurs spectres d'absorption et de fluorescence dans le visible. En outre, le phosphore blanc, allotrope le plus réactif du phosphore, est un produit industriel fabriqué à très grande échelle. Il est en effet à l'origine de tous les produits phosphorés à bas degrés d'oxydation tels que les phosphines. Sa fonctionnalisation directe visant à former des espèces chimiques nouvelles ou valorisables est un domaine de recherche actif. Alors que les nanocristaux d'InP sont traditionnellement synthétisés en utilisant une silylphosphine comme précurseur phosphoré, une nouvelle méthodologie reposant sur l'utilisation d'aminophosphines a émergé. Les aminophosphines étant plus facilement accessibles et manipulables que les silylphosphines, il s'agit d'une avancée importante pour le développement des nanocristaux d'InP. C'est pourquoi nous avons étudié précisément le mécanisme de formation de ces nanocristaux, en nous appuyant notamment sur la RMN, la spectrométrie de masse et les calculs DFT. Cette compréhension fine du mécanisme a permis l'optimisation de la synthèse des nanocristaux d'InP.L'utilisation du phosphore blanc pour former des nanocristaux d'InP repose sur la formation de nanoparticules d'indium monodisperses puis sur l'incorporation du phosphore à l'intérieur des nanoparticules. En partant d'une méthodologie de synthèse de nanoparticules d'indium de la littérature, nous avons découvert le paramètre central de la synthèse : la présence d'une quantité bien précise d'eau dans le solvant. Les nanoparticules d'indium ainsi formées sont oxydées en surface et doivent être activées afin de réagir avec le phosphore blanc.Enfin, la fonctionnalisation moléculaire du phosphore blanc avec des borohydrures pour former des liaisons P-H et par voie radicalaire pour former des silylphosphines est présentée.

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de nanocristaux de phosphure d'indium (InP) et en particulier sur l'utilisation de précurseurs phosphorés tels que le phosphore blanc et les aminophosphines. Les nanocristaux d'InP sont des matériaux semi-conducteurs prometteurs dans le cadre d'applications biologiques et optoélectroniques grâce à leur faible toxicité et à leurs spectres d'absorption et de fluorescence dans le visible. En outre, le phosphore blanc, allotrope le plus réactif du phosphore, est un produit industriel fabriqué à très grande échelle. Il est en effet à l'origine de tous les produits phosphorés à bas degrés d'oxydation tels que les phosphines. Sa fonctionnalisation directe visant à former des espèces chimiques nouvelles ou valorisables est un domaine de recherche actif. Alors que les nanocristaux d'InP sont traditionnellement synthétisés en utilisant…

Advisors/Committee Members: Mézailles, Nicolas (thesis director).

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Cette expérience a pour objectif d’identifier une stratégie nutritionnelle de réduction de la charge en phosphore des effluents aquacoles afin de permettre aux pisciculteurs de respecter l’objectif émis par la Stratégie de développement durable de l’aquaculture en eau douce au Québec (STRADDAQ) de 4,2 kg de phosphore dissous à l’effluent par tonne de poisson produit. Ces travaux ont permis d’optimiser la formulation d’un régime à teneur réduite en phosphore qui soit pratique et peu coûteuse. De plus, les deux régimes identifiés par cette expérience, les régimes 3 (0,30 % phosphore disponible) et 5 (0,29 % phosphore disponible), ont permis l’élevage des truites arc-en-ciel sans affecter leur performance de croissance ou leur état de santé. En fait, les poissons soumis aux régimes 3 et 5 ont obtenu des meilleures, mais non significatives, conversions alimentaires (respectivement 1.35 et 1,32) que le régime témoin commercial utilisé dans le cadre de cette expérience (1,40). En plus, ces régimes ont permis de réduire significativement la teneur en phosphore des effluents obtenus lors de cette expérience. Les poissons soumis au régime 3 ont rejeté au total (soluble et solide) 3,98 g de phosphore par kg de poisson et les poissons soumis au régime 5 ont rejeté au total 4,93 g de phosphore par kg de poisson comparativement aux poissons soumis au régime commercial utilisé qui ont rejeté 11.07 g de phosphore par kg de poisson. Ceci représente une réduction des rejets en phosphore dans l’environnement de l’ordre de 60 %. Cette réduction des rejets en phosphore permet au régime 3 de répondre à l’objectif proposé par la STRADDAQ et au régime 5 de s’y rapprocher.

This experiment aims at identifying a nutritional strategy to reduce phosphorus loading of aquaculture effluent to allow fish farmers to meet the target issue by the Stratégie de développement durable de l’aquaculture en eau douce au Québec (STRADDAQ) 4.2 kg of phosphorus per ton of fish produced. This work optimizes the formulation of a phosphorus-reduced diet that is practical and inexpensive. In addition, the two diets identified by this experiment, diet 3 (0.30 % available phosphorus) and 5 (0.29 % available phosphorus) has permitted raising rainbow trout without affecting their growth performance or their health. In fact, fish fed with diets 3 and 5 have resulted in lowest conversion (1.35 and 1.32 respectively) versus the control diet used in this experiment (1.40). In addition, feeding these diets significantly reduced the phosphorus concentration of the effluents obtained in this experiment. Fish subject to diet 3 released a total (soluble and solid) 3.98 g of phosphorus per kg of fish and fish subject to diet 5 released a total of 4.93 g of phosphorus per kg of fish. Rainbow trout subjected to commercial diet released 11.7 g of phosphorus per kg of fish. This represents a reduction in phosphorus discharges into the environment of around 60%. This reduction in phosphorus discharges allows diet 3 to meet the objective proposed by the STRADDAQ and diet 5 to be…

Advisors/Committee Members: Vandenberg, Grant William.

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Cette étude a pour principal objectif de mettre en évidence le rôle des bactéries solubilisatrices de phosphate (rhizobia) dans une meilleure gestion des systèmes de cultures associant la fève (légumineuse) et le blé (céréale) en monoculture et en cultures mixtes sous des conditions de déficience en P. Cent neuf souches de rhizobia ont été isolées à partir des nodules racinaires des plantes de V. faba dans la région de Marrakech. Les analyses phylogénétiques basées sur les gènes 16S rDNA, recA et nodD montrent que les souches étudiées sont proches phylogénétiquement de R. leguminosarum biovar viciae, de R. laguerreae et de Ensifer meliloti. Nous avons également décelé la présence du gène pqqC qui est impliqué dans la solubilisation du phosphate (pyrroloquinoline quinone synthase C) chez 15 souches de rhizobia. 22% de ces souches ont été identifiées comme étant capables de solubiliser le phosphate minéral. Ensuite, nous avons montré que l’inoculation avec certaines souches de rhizobia ayant la capacité de solubiliser le P in vitro améliore la croissance des plants de fève et de blé en serre (en monoculture et culture mixte). Nous avons aussi noté des réponses différentes à l’effet de l’inoculation selon les combinaisons symbiotiques étudiées fève-rhizobia. Nous avons également montré que les souches de rhizobia peuvent stimuler le transfert d'azote fixé de la fève au blé, ce qui pourrait contribuer de manière significative au processus de facilitation plante-plante dans les cultures en association dans des conditions de sols carencés en phosphore. En plus de ces avantages de l’association, cette pratique culturale n’est pas limitée à un effet trophique (amélioration de la nutrition azotée des plantes), mais pourrait résulter d'interactions microbiennes qui peuvent agir directement sur la croissance du blé (effet PGPR). Les résultats des expérimentations menées en serre et au champ montrent, en effet, que les cultures mixtes stimulent la croissance du blé ainsi que sa nutrition minérale (N et P).Ces résultats soulignent l'utilité de développer ce type de pratiques culturales associant les légumineuses et les céréales et d'utiliser les ressources microbiennes locales dans les agro-écosystèmes afin d’améliorer la production agricole, en réduisant l’utilisation des intrants chimiques coûteux et néfastes pour l'environnement.

The main purpose of this study is to evaluate the role of phosphate solubilizing rhizobial strains in promoting faba bean (legume) and wheat (cereal) growth in mono and mixed cultures under phosphorus deficiency conditions. 109 rhizobial strains have been isolated from nodules of V. faba plants in Marrakech region. Phylogenetic analysis based on 16S rDNA, recA and nodD genes showed that the studied strains are close to Rhizobium leguminosarum biovar viciae, R. laguerreae and Ensifer meliloti. We detected the presence of pqqC gene which is implicated on phosphate solubilization (Pyrroloquinoline-quinone synthase C) in 15 rhizobia strains. 22 % of isolated strains were found to be able to solubilize…

Advisors/Committee Members: Lajudie, Philippe de (thesis director), Oufdou, Khalid (thesis director).

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L’aquaculture dans le monde est la production animale qui connaît la plus forte croissance ces vingt dernières années. Cependant, cette croissance est freinée par des considérations d’ordre environnementales parmi lesquelles la pollution associée au phosphore (P) occupe une place importante. L’excès de P dans les écosystèmes d’eau douce dû à l’excrétion des poissons, augmente la production primaire qui, non contrôlée, peut conduire à une eutrophisation, accélérant le processus de vieillissement des cours d’eau récepteurs. Ainsi, beaucoup d’efforts ont été déployés dans la recherche afin de réduire la pollution au P. Pour limiter les émissions de P résultant de l’alimentation des poissons, nous proposons d’incorporer des agents chélatants micro-encapsulés dans les aliments de la truite arc-en-ciel. Dans une première expérience, l’alun et le sulfate de fer ont été encapsulés dans une matrice lipidique hydrogénée par pulvérisation et refroidissement rapide « spray chilling ». Ces éléments actifs incorporés dans les aliments permettent une réduction de plus de la moitié du P inorganique remis en suspension par les fèces. L’incorporation de ces éléments actifs encapsulés n’a pas montré ni une baisse des performances de croissance avec ces aliments, ni une intoxication liée à la présence de ces métaux. Ces observations montrent la pertinence de l’utilisation de l’encapsulation comme approche visant à cibler l’endroit de libération d’un ion. Confronté à la nécessité de déterminer la composition proximale des poissons lors des expérimentations, la précision du DXA (dual-energy X-ray absorptiometry) comme outil de mesure a été testé. Les résultats montrent une bonne précision de cet appareil pour déterminer la composition en protéines, cendre, eau, P, et en calcium (Ca) chez les truites arc-en-ciel en pré-grossissement. Il a été ainsi possible de déterminer avec précision la rétention en P pour chaque type d’aliment et évaluer les rejets pour cet élément. Pour réduire les rejets en P dans les fermes salmonicoles, le teneur en P dans les aliments a été réduite considérablement. Cette approche peut induire des carences en P chez les truites arc-en-ciel en élevage. Ainsi, la capacité des truites arc-en-ciel carencées en P à absorber le P dans le milieu ambiant a été investiguée. Cette adaptation a été considérée comme inexistante du fait des niveaux faibles de cet élément dans le milieu naturel. En soumettant des truites arc-en-ciel carencées à des niveaux de P inorganique élevés dans l’eau, il a été mis en évidence une absorption significative corrélée à une surexpression de cotransporteurs de sodium-phosphates dans les branchies. Les résultats présentés dans cette thèse apportent à la fois des outils pratiques dans les efforts de réduction de la pollution au P dans les fermes aquicoles et des connaissances dans la compréhension pour l’intégration de l’ensemble des maillons entrant dans l’homéostasie de ce nutriment chez la truite arc-en-ciel.

Aquaculture is the world’s fastest growing animal production. This growth is…

Advisors/Committee Members: Vandenberg, Grant William, Létourneau Montminy, Marie-Pierre.

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Ce manuscrit présente une synthèse originale de nanoparticules de nickel(0). L'utilisation d'un précurseur de dioléylamide de nickel(II) conduit à un procédé versatile, robuste, et sans eau pour la production de particules ajustables en taille entre 4 et 11 nm de diamètre. Cette méthode a été étendue pour former de petites nanoparticules de fer(0) et de cobalt(0). Ces particules ont été examinées en ce qui concerne l'activité catalytique, y compris l'hydrosilylation d'un alcène terminal, l'hydrogénation sélective du phénylacétylène en styrène, et la réduction sous-stoechiométrique de l'azote en tris(triméthylsilyl)amine. Le phosphore blanc (P4) a été réagi stoechiométriquement avec les nanoparticules métalliques pour former les nanoparticules de phosphure métallique correspondantes. Le phosphore blanc a été alternativement fonctionnalisé en utilisant un superhydrure (LiBEt3H) pour former une espèce phosphanide stabilisée au borane, LiPH2(BEt3)2. Cette espèce a été utilisée pour synthétiser diverses phosphines, y compris la phosphine, la tris(triméthylsilyl)phosphine, et les triaroylphosphines. Les adduits labiles de triéthylborane ont été remplacés par BH3, ce qui a donné lieu à la formation de LiPH2(BH3)2, qui peut avoir des applications dans la formation de polymères P-B.

This manuscript presents an original synthesis of nickel(0) nanoparticles. The use of a nickel(II) dioleylamide precursor results in a versatile, robust, water-free method for the production of size-tunable particles between 4 - 11 nm in diameter. This method was extended to form small iron(0) and cobalt(0) nanoparticles. These particles were examined for catalytic activity, including the hydrosilylation of a terminal alkene, the selective hydrogenation of phenylacetylene to styrene, and the substoichiometric reduction of nitrogen to tris(trimethylsilyl)amine. White phosphorus (P4) was stoichiometrically reacted with the metal(0) nanoparticles to form the corresponding metal phosphide nanoparticles. White phosphorus was alternatively functionalized using superhydride (LiBEt3H) to form a borane-stabilized phosphanide species, LiPH2(BEt3)2. This species was used to synthesize various phosphines, including phosphine, tris(trimethylsilyl)phosphine, and triaroylphosphines. The labile triethylborane adducts were replaced by BH3, resulting in the formation of LiPH2(BH3)2, which may have applications in the formation of P-B polymers.

Advisors/Committee Members: Mézailles, Nicolas (thesis director).

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Dans le cadre de nos travaux, nous avons développés des voies de synthèses permettant d'accéder à deux familles d'hétérocycles aromatiques: les phosphonylpyrazoles, et les fluoropyridazines. La synthèse des pyrazoles phosphonylés a été réalisée en utilisant un couplage croisé pallado-catalysé de type Hirao, et nous avons démontré qu'un système catalytique unique à base de Pd(OAc)2/XantPhos pouvait catalyser le couplage entre une large gamme d'halogénopyrazoles et de H-phosphonyles. Bien que souffrant de certaines limites dans son champ d'application, notamment au niveau du motif de substitution de l'halogénopyrazole, cette méthode consiste probablement à l'heure actuelle la voie d'accès la plus modulable pour accéder aux pyrazoles phosphonylés.Les 5-fluoropyridazines ont été synthétisées par réactions de cycloadditions séquentielles [2+1]/[3+2] entres des alcynes, le difluorocarbène :CF2, et des diazoacétates d'alkyles. Nous avons démontré que cette séquence réactionnelle était compatible avec un grand nombre d'alcynes diversement substitués, et que les 5-fluoropyridazines ainsi obtenues pouvaient être aisément fonctionnalisées.

The work presented in this manuscript concerns the development of synthetic routes to two families of heterocycles, namely phosphonylpyrazoles and fluoropyridazines. Phosphonylpyrazoles were synthesized using a Hirao-type cross-coupling, and it was demonstrated during this study that a single catalytic system based on Pd(OAc)2/XantPhos could perform the cross-coupling between a wide range of halopyrazoles and H-phosphonyls. Significant limits have been met in the scope of this method, especially regarding the substitution pattern of the halopyrazole. Nevertheless, at this time, this method is arguably one of the most flexible ways to synthesize phosphonylpyrazoles. Fluoropyridazines were synthesized using a [2+1]/[3+2] cycloaddition sequence between alkynes, the difluorocarbene :CF2, and alkyl diazoacetates. It was demonstrated during this study that a wide range of alkynes could be involved in this sequence, and that the corresponding 5-fluoropyridazines could be easily diversified.

Advisors/Committee Members: Cossy, Janine (thesis director).

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Le phosphore (P) est un facteur de contrôle de l’eutrophisation. Sa présence dans les masses d’eau est liée en partie à des émissions diffuses agricoles. L'objectif de cette thèse a été d'identifier et de quantifier les mécanismes à l'origine des transferts de P diffus, par une démarche intégrant analyse de données d'observations multi-échelle et modélisation.L'analyse d'une chronique de chimie de l'eau à l'exutoire d'un petit bassin versant agricole a révélé que les formes particulaires et dissoutes du P avaient des origines différentes dans le paysage, et étaient transférées de manière indépendante. Le P particulaire provient des sédiments du cours d'eau, de l'érosion des berges et occasionnellement d'épisodes érosifs dans les versants. Le P dissous provient des sols de la zone riparienne; il est transféré par écoulement de subsurface lorsque les fluctuations de nappe créent une connexion hydrologique avec la rivière.Un suivi multi-site de la concentration en P dans l'eau des sols ripariens a permis de mettre en évidence que la nappe agissait non seulement sur le transfert, mais aussi sur la solubilisation du P. Deux moments importants ont été identifiés : la période de sécheresse estivale est favorable à la constitution d'un pool de P mobile dans les sols, exporté à l'automne; lorsque la nappe stagne dans les sols, la dissolution réductrice des oxydes de Fer provoque un second relargage de P. Un modèle couplé hydrologie-biogéochimie a permis de préciser le rôle de la nappe, de la teneur en P des sols et des variations d'humidité et de température. Une analyse de l'

Phosphorus (P) is a controlling factor of eutrophication. Its presence in water bodies is partly due to agricultural diffuse emissions. The objective of this thesis was to identify and quantify the processes controlling diffuse P transfer, with an approach combining analysis of multi-scale observation data and modelling.Analysis of a water chemistry time series acquired at the outlet of a small agricultural catchment revealed that particulate and dissolved P forms had different spatial origin within the landscape, and were transferred through distinct mechanisms. Particulate P originates from stream bed sediments, bank erosion and occasionally from erosion on hillslopes. Dissolved P originates from riparian soils; it is transferred via subsurface flow when the water table fluctuations create a hydrological connection with the stream.Multi-site monitoring of P concentration in the soil pore water of the riparian zone evidenced that groundwater fluctuations controlled not only P transfer, but also its solubilisation. Two critical moments were identified: the summer dry period is favourable for the build-up of a pool of mobile P forms in soils, which is transferred in the autumn; when groundwater stagnates in soil in anoxic conditions, reductive dissolution of iron oxides causes a second P release. A coupled hydrological-biogeochemical model confirmed the hypotheses regarding the role of groundwater fluctuation, the soil P content and variability in…

Advisors/Committee Members: Gascuel, Chantal (thesis director).

▼ Les cyanobactéries ou algues bleues vertes, responsables de l'eutrophisation des cours d'eau, demeurent problématiques dans les zones d’élevage intensif au Québec. Une des causes principales de leur développement est le lessivage et le ruissellement du phosphore (P) épandu, phénomène dont l'incidence est proportionnelle au pourcentage de P sous forme soluble dans les effluents. La limitation des rejets de P sous cette forme représente un enjeu majeur en termes de durabilité des systèmes d’élevage au Québec. Ceci est d’autant plus important considérant que d’importantes marges de sécurité sont toujours appliquées par l’utilisation d’ingrédients riches en P (ex. phosphate, phytase, drêches) au Québec. Le but de ce travail de maîtrise était d’évaluer la possibilité d’introduire des sels métalliques encapsulés dans l’alimentation des poulets pour insolubiliser le P non absorbé par l’animal et ainsi réduire le P soluble excrété et les problèmes environnementaux associés sans compromettre leurs performances. Une première expérience a permis d’évaluer l'impact de l'ajout de sulfate de fer (Fe) et d'aluminium (Al) micro-encapsulés dans l'alimentation des poulets de chair sur l'excrétion de P soluble et la rétention de P et de calcium (Ca). Il a ainsi été montré que l’ajout du Fe et d’Al encapsulés peut réduire l’excrétion de P soluble dans les fientes des poulets sans modifier les performances de croissance et la rétention des nutriments (P, Ca et Fe). Ceci dû principalement à la formation de complexes Fe/Al et PO4 3- insolubles après que le P ait traversé les principaux sites d'absorption. Dans une seconde expérience, le sulfate de Fe a été préféré à l’Al compte tenu du fait qu’il est déjà permis par l’Agence Canadienne d’Inspection des Aliments (ACIA). Cette expérience visait à évaluer la nécessité ou non de l’encapsulation en comparant la digestibilité des minéraux, la minéralisation osseuse, l’accumulation dans les tissus et la proportion de P soluble dans les litières à la fin de l’élevage. Les résultats ont révélé que l’ajout de sulfate de Fe encapsulé ou non dans le régime des poulets réduit les performances de croissance et le contenu minéral osseux, et ne permet pas d’insolubiliser le P dans la litière. Ceci dû en partie à l’action défavorable des concentrations élevées de Fe sur la minéralisation osseuse et le remodelage osseux, induisant une augmentation de l’excretion urinaire de P chez les oiseaux. Un résultat inattendu est que l’ajout de Fe est efficace pour améliorer la digestibilité du P total et du Ca chez les oiseaux par une hydrolyse accrue du P phytique. Ce travail de maitrise représentait une première étape permettant d’évaluer le potentiel de l’encapsulation pour relaguer les ingrédients actifs en aval des sites d’absorption et de mieux comprendre les mécanismes qui gouvernent le devenir du P dans le tube digestif. Les connaissances générées dans ce travail de maitrise sont des pistes qui guideront les futures études vers le choix d’autres ingrédients actifs (sels de Ca, par exemple) plus prometteurs et… Advisors/Committee Members: Létourneau Montminy, Marie-Pierre, Guay, Frédéric.

▼ La fixation biologique d’azote réalisée par les cyanobactéries est un processus important dans les écosystèmes où la productivité est limitée par la disponibilité de l’azote. Dans des conditions de changements globaux, l’augmentation du CO2 atmosphérique pourrait engendrer une augmentation des taux de fixation d’azote permettant de combler la demande croissante d’azote nécessaire à la croissance. Cependant cette augmentation des taux de fixation d’azote pourrait dépendre des disponibilités en molybdène (Mo) et en phosphore (P), mais également être contrebalancée par l’azote minéral apporté via les dépositions atmosphériques. La complexité des systèmes naturels, notamment les caractéristiques de la symbiose cyanobactérie-végétaux supérieurs rends difficile l’étude de l’effet de l’augmentation du CO2 et des dépositions atmosphérique sur la fixation d’azote, dépendamment des disponibilités en Mo et P. Nous avons donc tenté de déterminer les effets de ces facteurs environnementaux (CO2 et apport d’azote minéral), en utilisant des cultures pures de cyanobactéries (Anabaena variabilis) dans différentes conditions de disponibilités en Mo et P. Cette approche expérimentale réductionniste nous a permis de mettre en évidence un effet significatif du P sur la concentration de la chlorophylle, indépendant des conditions environnementales (CO2, N) ainsi qu’une interaction entre le Mo et le P pour la variable chlorophylle, dans des conditions de CO2 augmenté sans apport d’azote. Cette interaction entre le Mo et le P pourrait être expliquée par un compromis entre l’acquisition du carbone, facilitée dans des conditions de CO2 augmentée, et la fixation biologique d’azote. Notre étude a également permis de mettre en évidence un effet significatif du P sur la croissance d’A. variabilis, dans des conditions de CO2 ambient et en présence d’azote. De façon plus spécifique, à haut P (2.5 10-5 M) le taux de croissance était plus faible (P = 0.02), alors que la quantité de chlorophylle et l’activité de la nitrogénase étaient toutes deux plus élevée (P = 0.002 et P = 0.015 respectivement). Cet effet du P pourrait être expliqué par une différence de stratégie de croissance de la cyanobactérie. A faible P, la cyanobactérie pourrait investir dans de courts filaments composés de cellules volumineuses, contrairement à des conditions de concentration en P élevées, où la cyanobactérie pourrait investir plus dans la formation d’hétérocystes et de filaments plus longs, composés de cellules plus petites. Cette étude apporte des pistes de réflexion quant aux stratégies permettant aux cyanobactéries filamenteuses de s’adapter à l’augmentation du CO2 atmosphérique et des dépositions azotées, en fonction des disponibilités en Mo et P. Un compromis entre l’acquisition de C et la fixation d’azote ou un changement de la stratégie de croissance des filaments pourrait permettre aux cyanobactéries filamenteuses d’être moins sensibles aux stress environnementaux (augmentation du CO2 atmosphérique et disponibilité des nutriments tels que l’azote). Advisors/Committee Members: Bradley, Robert L., Bellenger, Jean-Philippe.

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Afin de limiter les rejets de polluants dans l’atmosphère par les véhicules, les normes Euro ont été mises en place en Europe à partir des années 1990. Ces normes sont de plus en plus strictes. Par exemple, pour les cas des poids lourds, le maximum d’émission des NOx a été divisé par cinq lors du passage Euro V (2009) à Euro VI (2014). Parallèlement à cela, certaines flottes captives de poids lourds roulent au 100 % biodiesel. Or, ce carburant contient des minéraux (Na, K, P) qui peuvent interagir avec la ligne de dépollution des gaz d’échappement.Dans ces travaux, l’étude a porté sur l’impact de Na et P déposés séparément ou simultanément sur des catalyseurs de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote par l’ammoniac (NH3-SCR) à base de zéolithe Ferrierite (FER) contenant du cuivre.En mettant en relation les activités catalytiques en NH3-SCR et les différentes caractérisations mises en œuvre avant et après ajout des minéraux, il a été conclu que l’ajout de sodium entrainait une perte d’activité à basse température (< 300 °C) liée à l’empoisonnement des sites acides du catalyseur, et que la perte d’activité à haute température (> 450 °C) est liée à la formation de CuO. Cette formation de CuO est due à un échange entre le cuivre et le sodium lors de l’empoisonnement par voie aqueuse. Pour l’empoisonnement au phosphore, la désactivation à basse température (< 300 °C) apparait liée à une interaction entre le cuivre et le phosphore. Cette interaction entraine une augmentation de la température de réduction du cuivre. L’ajout simultané de sodium et phosphore entraine une désactivation des catalyseurs plutôt similaire à celle du phosphore qu’à celle du sodium.

In order to decrease the air pollution due to vehicles, European legislation have been implemented since the 90’s. The European norm are stricter. For example, the NOx emissions limit for trucks were divided by five between Euro V (2009) and Euro VI (2014). In parallel, some trucks use exclusively 100 % biodiesel. Unfortunately, biodiesel contains some minerals (Na, K, P) with can interact with the exhaust gas post-treatment system.This work presents the impact of Na and/or P deposits on Selective Catalytic Reduction catalysts with dedicated to the NH3-SCR process, based on copper/Ferrierite (FER).By combining the results of NH3-SCR catalytic activity and characterisations before and after adding minerals, the main parameters of deactivation were highlighted. Sodium deactivation at low temperature (< 300 °C) is due to the decrease of acidity. The deactivation at high temperature (> 450 °C) is due to the formation of copper oxide when sodium was added in water. This formation of CuO results of an exchange of Na and Cu in the exchange positions of the zeolite. Phosphorous addition mainly leads to a catalytic deactivation at low temperature (< 300 °C), the deactivation seems to be link to Cu-P interaction. This interaction leads to the increase of the reduction temperature of copper. Overall, the simultaneous addition of sodium and phosphorous leads to a…

Advisors/Committee Members: Courtois, Xavier (thesis director), Can, Fabien (thesis director).

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L'objectif de cette étude a été de préciser l'implication des processus rhizosphériques dans lesinteractions pour l'acquisition de phosphore (P) entre une céréale et une légumineuse enassociation. Nous avons proposé comme mécanisme de facilitation l'acidification de la rhizosphèredes espèces en association induite par la fixation de N2 de la légumineuse dans le cas de sol neutres àalcalins. Ainsi, l'étude s'est focalisée sur l'influence des changements de pH induits par les racines.Les effets de la disponibilité initiale en P du sol ainsi que de la distance entre les racines des espècesassociées ont également été testés. Les expérimentations ont été menées au champ ainsi qu'enconditions contrôlées. Le blé dur et différentes légumineuses ont été cultivés en culturemonospécifique ou en association sur un même sol pour toutes les expérimentations. Le sol neutreutilisé (Luvisol) présentait trois niveaux contrastés de fertilisation phosphatée et provenait desparcelles d'un essai de longue durée. Nous avons pu démontrer que la manipulation des interactionsrhizosphériques entre une céréale et une légumineuse en association pouvait être optimisée pourpermettre l'augmentation de la disponibilité en P dans la rhizosphère des espèces associées, etencore plus dans le cas de sols présentant une faible valeur initiale de disponibilité. Lescaractéristiques du sol ont eu un rôle clé dans la détermination des processus rhizosphériquesimpliqués. Dans notre cas, les changements de pH induits par les racines ont permis d'augmenter defaçon substantielle la disponibilité en P suite à une acidification, mais aussi à une alcalinisation de larhizosphère. Ainsi la légumineuse, mais aussi la céréale sont susceptibles de faciliter l'acquisition del'espèce associée. Les interactions relatives au pH peuvent influencer la disponibilité en P sur unedistance de plusieurs millimètres et ainsi améliorer l'acquisition de P des plantes à proximité del'espèce facilitatrice.Mots clés : culture associée, facilitation, rhizosphère, disponibilité, phosphore, pH, racine

The aim of the study was to elucidate the implication of rhizospheric processes on plant speciesinteractions for phosphorus (P) acquisition between a cereal and a legume, when intercropped. Weproposed that root-induced acidification of the rhizosphere by the intercropped legume due to N2-fixation as a mechanism of facilitation in neutral to alkaline soils. Thus, the study focused on rootinducedchanges of pH. The effects of initial soil P availability and distance between roots ofintercropped species were also tested. In order to achieve our goals, experiments in the field and incontrolled condition for several cropping devices were conducted. Durum wheat and differentlegumes were grown as sole crops and intercropped on the same soil for all the experiments. Weused a neutral soil (Luvisol) presenting three contrasted fertilization rates from the field of a longtermP fertilizer trial. We demonstrated that cereal-legume can be used to enhance P availability, andeven more so in low P soils,…

Advisors/Committee Members: Hinsinger, Philippe (thesis director).

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Le phosphore (P) est un élément indispensable pour la croissance des plantes. De nombreux travaux montrent des réponses très précoces à une limitation de la disponibilité en P. Pendant la germination et la croissance juvénile, la demande en P des plantules peut être satisfaite par la remobilisation des réserves en P des graines et le prélèvement racinaire. Les objectifs de la thèse sont d’étudier la contribution respective de la remobilisation des réserves en P des graines et du prélèvement racinaire de P à l’alimentation en P des plantules de maïs, et les interactions entre ces deux processus. Différentes expériences ont été conduites pour i) étudier les cinétiques de la remobilisation des réserves en P des graines, ii) identifier précisément le début du prélèvement de P exogène par les racines, iii) quantifier la contribution relative de ces flux à l’alimentation en P de la plantule, iv) comprendre les interactions entre ces flux. Des graines riches et des graines pauvres en P on été cultivées à différents niveaux de disponibilités P exogènes pendant quatre semaines. Le traçage isotopique du P exogène (32P) a été utilisé pour quantifier le flux de prélèvement et calculer le flux de remobilisation du P des graines. Initialement, 86% du P sous forme phytate et 13% du C de la graine est localisé dans le scutellum indépendamment du niveau de richesse en P de la graine. 4 jours après le semis, 98% des phytates des graines sont hydrolysés. La cinétique d’hydrolyse des phytates est indépendante de la richesse en P des graines et de la disponibilité en P dans le milieu. Le P issu de l’hydrolyse des phytates est stocké temporairement dans la graine avant d’être transporté vers les organes en croissance de la plantule. Le prélèvement de P exogène commence dès l’émergence de la radicule (4ième jour) et dépend de la disponibilité en P dans le milieu. L’initiation du prélèvement et son intensité ne dépend pas du flux de remobilisation des réserves en P de la graine. Le P issu de la remobilisation et du prélèvement est distribué dans les mêmes proportions entre les parties ariennes et racinaires. Un bilan de P à l’échelle de la plantule entière et de la graine a permis de mettre en évidence un efflux de P depuis la graine vers l’extérieur pendant la phase d’hydrolyse des phytates. La modélisation des flux de P pendant la germination et la croissance précoce permet de rendre compte des observations sous l’hypothèse d’absence d’interaction entre les flux de remobilisation et de prélèvement de P bien que ces deux processus se chevauchent dans le temps. Nos résultats démontrent l’importance de la disponibilité locale en P dans le milieu pendant les stades précoces indépendamment du niveau de richesse en P des graines.

Phosphorus (P) is an essential element for plant growth. Many studies have shown a very early seedling response to the limitation on the availability of P. During germination and early growth, the seedling P demand may be satisfied by the remobilization of seed P reserves and exogenous P uptake by developing roots.…

Advisors/Committee Members: Mollier, Alain (thesis director), Pellerin, Sylvain (thesis director).

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Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014.

L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de dresser un portrait complet des apports actuels et historiques de phosphore au lac Nairne afin de permettre aux acteurs locaux de poser des actions ciblées et efficaces en vue de l’amélioration de la qualité de l’eau du lac. La charge interne, qui représente le tiers de la charge annuelle totale de phosphore du lac Nairne, a été quantifiée. Puis, l’évolution de la charge externe a été estimée. La modélisation a démontré que la masse de phosphore exportée vers le lac Nairne a diminué de 55 % depuis 1950, mais qu’elle est toujours bien au-dessus de la charge naturelle. Pour améliorer cette situation, des pistes de solutions sont proposées. Cette étude permet de mieux comprendre l’impact de l’occupation du territoire sur la qualité de l’eau des lacs. De plus, la méthodologie détaillée pourra être appliquée sur des bassins qui rencontrent des problématiques semblables.

This master’s thesis aims to provide a comprehensive picture of current and historical phosphorus inputs to Lake Nairne to allow local stakeholders to target their actions to achieve lake restoration. The internal load, which represents one-third of the total annual phosphorus load has been estimated. Inputs from the watershed were also estimated using a mass-balance model. The results show that the external phosphorus load has declined by 55 % since 1950, but is still well above the natural load. To improve this situation, possible solutions are proposed in the last section. This study provides a better understanding of the impact of land use evolution on lake water quality. In addition, the methods can be applied to other watersheds facing similar problems in order to improve sustainable lake restoration.

Advisors/Committee Members: Vandersmissen, Marie-Hélène, Pienitz, Reinhard.

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La thèse consiste en l'étude de la racémisation d'hydrogéno-phénylphosphinates d'alkyle, des molécules centrées sur un phosphore stéréogénique. Pour cela, nous avons synthétisé les composés d'intérêt puis étudié leur cinétique de racémisation en utilisant l'HPLC chirale et la RMN du phosphore. La première étude théorique (SMD//M06-2X/6-31++G**) sur l’énantiomérisation d’un phosphinate d’alkyle après une SN2 par un alcool a montré comme mécanisme le plus favorable une syn-addition de l’alcool sur la double liaison P=O du phosphinate à l’opposé du groupement alkoxy. Les études cinétiques d’inversion du phosphinate d’éthyle dans l’éthanol à reflux ont montré une barrière de 135 kJ.mol-1 en moyenne, en excellent accord avec ce modèle (136 kJ.mol-1). L’ajout de base lors de l’étude cinétique ont montré une accélération de l’inversion avec une barrière maximum mesurée à 121,5 kJ.mol-1 montrant un effet de catalyse basique. Les modèles cinétiques et théoriques réalisés à ce jour ont suggéré que la base activerait l’alcool pour faciliter son addition. Les premiers résultats sur l’influence du groupement alkyle ont montré une dépendance globale de l’inversion à la taille du groupement, mais certains modèles DFT, notamment avec l’adamantyle, n’étaient pas en accord avec cette hypothèse.

This thesis is about the racemization of alkyl hydrogeno-phenylphosphinate, a molecule centered on a stereogenic phosphorus atom. We have synthetized compounds of interest, and studied their kinetic of racemization with chiral HPLC and phosphorus NMR. The first theoretical study (SMD//M06-2X/6-31++G**) about the enantiomerization of alkyl phosphinate after an SN2 with an alcohol have shown that the most favored mechanism was a syn-addition of the alcohol onto the double bond P=O on the opposite side of the alkoxy group. Kinetic studies with ethyl phosphinate in ethanol under reflux have shown an inversion barrier around 135 kJ.mol-1, in excellent agreement with this model (136 kJ.mol-1). The addition of a basic compound during kinetic measurements has shown a decreasing of the barrier to 121.5 kJ.mol-1, showing a catalytic effect. Kinetic and theoretical models have suggested that the mechanism would go through an activation of the alcohol by the basic compound which would facilitate its addition. The first tests about the nature of the alkyl group of phosphinate and alcohol have shown a general dependency of the barrier with the hindrance, but some DFT models, especially with adamantyl, have been in disagreement with this hypothesis.

Advisors/Committee Members: Fotiadu, Fréderic (thesis director), Fortrie, Rémy (thesis director).

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Pour réduire significativement les émissions de CO2 dans les moteurs à combustion interne, un levier majeur est la réduction des pertes thermiques pariétales lors de la combustion. Ces pertes présentent un pic de plusieurs MW/m2 près du point mort haut, et sont liées à des phénomènes complexes d'interaction flamme-paroi qui dépendent du mode de combustion. Afin de mieux appréhender les phénomènes associés, il est nécessaire de caractériser le flux thermique à des échelles temporelles inférieures à la milliseconde.Dans ces travaux, une machine à compression rapide et une cellule à précombustion à volume constant sont utilisées pour simuler les phénomènes de combustion rencontrés en moteurs. Des thermocouples à jonction fines permettent une mesure de flux thermique instantanée avec une résolution temporelle de 0.1 ms. Ces moyens d'essais permettent de reproduire trois modes de combustion : flamme de propagation, flamme de diffusion et auto-inflammation. Ces travaux permettent également d'évaluer les différentes technologies envisageables de mesure de transfert thermique en combustion (thermocouples, thermorésistances et thermométrie phosphore rapide) au regard des caractéristiques métrologiques requises par la rapidité des phénomènes mis en jeu.Le flux lors du transfert thermique atteint des valeurs de plusieurs MW/m2 avec une forme qui dépend du mode de combustion. Le flux lors de la propagation d'une flamme prémélangée est dominé par un pic lors de l'interaction flamme paroi,d'environ 5 MW/m2 et de durée 0.5 ms. Le flux lors de la combustion d'un jet Diesel est approximativement un plateau pendant la durée de l'injection ; il est dominé par l'effet d'entraînement d'air par le jet qui cause une augmentation du coefficient de transfert convectif jusqu'à des valeurs de 10 kW/m2/K, l'augmentation de température liée à la combustion étant secondaire. Dans le cas d'ondes de pression générées par une auto-inflammation rapides de gaz(cliquetis lors d'un allumage commandé ou HCCI à fort contenu énergétique), une corrélation est observée entre l'intensité du cliquetis et le flux thermique associé, quel que soit le mode de combustion qui génère les oscillations de pression. Le flux lors du cliquetis est 3 à 5 fois plus élevé que lors d'une combustion par flamme de propagation comparable.

CO2 emissions in internal combustion engines are linked with inefficiencies due to wall heat losses during combustion.Those losses exhibit a sharp peak of a few MW/m2 close to top dead center and are linked to complex flame/wall interaction phenomena that vary with the combustion mode. A fine understanding of the associated phenomena requires experimental characterization of wall heat flux with a time resolution better than the millisecond. In this PhD work, a rapid compression machine and a precombustion cell are used to reproduce engine combustion phenomena. Thin-junction thermocouples allow an instantaneous measurement of the wall heat flux with a time resolution of 0.1 ms. Three combustion modes are generated: propagation flame,…

Advisors/Committee Members: Sotton, Julien (thesis director), Bellenoue, Marc (thesis director).

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L'orientation du choix des agriculteurs vers des variétés efficientes dans l'utilisation du P est une issue économique pour améliorer leur productivité. Dans cette optique, la variation génétique de l'efficience d'utilisation du phosphore (EUP) chez la fève a été étudiée au champ (sous conditions pluviales) et en pots sous conditions semi-contrôlées. Dans les essais au champ sur deux années et dans deux situations de disponibilité du P dans le sol (faible/optimale) la variation génétique de l'EUP a été significative. La première année, avec une teneur en P du sol de 11,35 mg P(Olsen)/kg sol (niveau optimal), la variété Defès à petites graines, produisant peu de paille, s'est révélée la plus efficiente dans l'utilisation de P. Alors que la seconde année, avec une teneur en P du sol de 5 mg P(Olsen) /kg sol) (niveau faible) la variété Karabiga à grosses graines a été la plus efficiente dans l'utilisation du P. L'EUP a été positivement corrélée à l'indice de récolte (IR) et à l'indice de récolte relatif au P (IRP). La réserve totale du P dans le grain a été positivement corrélée au poids moyen du grain à l'inverse de sa concentration en P. Dans les essais en pots on a trouvé que la grosseur du grain par son influence positive sur la biomasse (MSR) et le volume (VR) racinaires détermine la variation génétique de l'EUP. Les génotypes à grosses graines se sont révélés les plus efficients que ce soit dans l'utilisation du P du sol ou de celui apporté. L'EUP calculée sur la base de la biomasse à la floraison a été positivement corrélée au VR et à la MSR mais elle a été négativement corrélée au rapport matière sèche racinaire à la matière sèche aérienne (MSRMSA). Les génotypes à petites graines montrent une meilleure réponse à l'apport de P. L'apport du phosphore a amélioré la surface foliaire (SF), la production en biomasse à la floraison et à la maturité, la rétention des organes reproducteurs et le rendement grain. La SF et le rapport MSRMSA différencient entre génotypes tolérants/sensibles à la déficience phosphatée. Les génotypes sensibles ont une SF moins importante et un MSRMSA élevé comparativement aux génotypes tolérants. Sur cette base, l'évaluation d'un plus grand nombre de génotypes pour l'EUP est réalisable économiquement en pots mais devrait être complétée par des essais au champ sur un nombre restreint de génotypes. Selon la conduite culturale (pluviale ou irriguée) et l'utilisation du produit final, les agriculteurs peuvent se baser sur le choix du calibre de la semence de fève pour une meilleure EUP. Pour les améliorateurs, l'EUP chez la fève pourrait être augmentée par l'amélioration des indices IR et IRP.

To improve productivity in an economical way, farmers need to choose varieties with a high Phosphorus (P) use efficiency. This study focuses on genetic variation of P use efficiency (PUE) on Vicia faba L, both in field (pluvial conditions) and in pots (semi-controlled conditions). Trials in field were occurred during two years and in two different situations of P availability in soil (low/optimal). The…

Advisors/Committee Members: UCL - AGRO/BAPA - Département de biologie appliquée et des productions agricoles, Karrou, Mohammed, Destain, Jean-Pierre, Dufey, Joseph, Draye, Xavier, Delvaux, Bruno, Ledent, Jean-François.

▼ La fixation biologique d’azote réalisée par les cyanobactéries est un processus important dans les écosystèmes où la productivité est limitée par la disponibilité de l’azote. Dans des conditions de changements globaux, l’augmentation du CO2 atmosphérique pourrait engendrer une augmentation des taux de fixation d’azote permettant de combler la demande croissante d’azote nécessaire à la croissance. Cependant cette augmentation des taux de fixation d’azote pourrait dépendre des disponibilités en molybdène (Mo) et en phosphore (P), mais également être contrebalancée par l’azote minéral apporté via les dépositions atmosphériques. La complexité des systèmes naturels, notamment les caractéristiques de la symbiose cyanobactérie-végétaux supérieurs rends difficile l’étude de l’effet de l’augmentation du CO2 et des dépositions atmosphérique sur la fixation d’azote, dépendamment des disponibilités en Mo et P. Nous avons donc tenté de déterminer les effets de ces facteurs environnementaux (CO2 et apport d’azote minéral), en utilisant des cultures pures de cyanobactéries (Anabaena variabilis) dans différentes conditions de disponibilités en Mo et P. Cette approche expérimentale réductionniste nous a permis de mettre en évidence un effet significatif du P sur la concentration de la chlorophylle, indépendant des conditions environnementales (CO2, N) ainsi qu’une interaction entre le Mo et le P pour la variable chlorophylle, dans des conditions de CO2 augmenté sans apport d’azote. Cette interaction entre le Mo et le P pourrait être expliquée par un compromis entre l’acquisition du carbone, facilitée dans des conditions de CO2 augmentée, et la fixation biologique d’azote. Notre étude a également permis de mettre en évidence un effet significatif du P sur la croissance d’A. variabilis, dans des conditions de CO2 ambient et en présence d’azote. De façon plus spécifique, à haut P (2.5 10-5 M) le taux de croissance était plus faible (P = 0.02), alors que la quantité de chlorophylle et l’activité de la nitrogénase étaient toutes deux plus élevée (P = 0.002 et P = 0.015 respectivement). Cet effet du P pourrait être expliqué par une différence de stratégie de croissance de la cyanobactérie. A faible P, la cyanobactérie pourrait investir dans de courts filaments composés de cellules volumineuses, contrairement à des conditions de concentration en P élevées, où la cyanobactérie pourrait investir plus dans la formation d’hétérocystes et de filaments plus longs, composés de cellules plus petites. Cette étude apporte des pistes de réflexion quant aux stratégies permettant aux cyanobactéries filamenteuses de s’adapter à l’augmentation du CO2 atmosphérique et des dépositions azotées, en fonction des disponibilités en Mo et P. Un compromis entre l’acquisition de C et la fixation d’azote ou un changement de la stratégie de croissance des filaments pourrait permettre aux cyanobactéries filamenteuses d’être moins sensibles aux stress environnementaux (augmentation du CO2 atmosphérique et disponibilité des nutriments tels que l’azote). Advisors/Committee Members: Bradley, Robert L. (advisor), Bellenger, Jean-Philippe (advisor).

▼ En forêt boréale, l’azote est le principal élément limitant la production primaire. Les principaux apports d’azote se font par la fixation biologique d’azote (FBA) réalisée par des cyanobactéries associées aux mousses. La FBA est limitée dans beaucoup d’écosystèmes par la disponibilité des nutriments indispensables à son fonctionnement (P, Mo, Fe). L’importance de la limitation de la FBA par les nutriments en forêt boréale ainsi que les paramètres permettant de prédire ces limitations sont encore mal connus. Cette étude vise à (i) mieux caractériser les nutriments présents dans les mousses, leurs origines (atmosphère versus sol) ainsi que leurs variations au cours de la saison de croissance et entre espèces de mousses, (ii) évaluer de manière plus systématique la limitation de la FBA par P, Mo et explorer la limitation potentielle par Fe et S et (iii) évaluer si la composition élémentaire des mousses permet de prédire la limitation de la FBA par les nutriments. Pour cela, j’ai caractérisé le contenu élémentaire de deux espèces de mousses, la FBA ainsi que la réponse de la FBA à des ajouts de nutriment sur ces deux espèces de mousses majoritairement présentes le long d’un transect sud / nord de 1000 km, partant des rives du St-Laurent jusqu’au Lac Albanel. Nous avons ainsi montré que les mousses de la forêt boréale québécoises sont pauvres en métaux et riches en P par rapport au reste du sol. Ces résultats pourraient expliquer pourquoi la FBA est limitée par les métaux (Mo) mais pas par le P en milieu boréal. Nous avons pu mettre en évidence que la litière est la source majeure de nutriments pour les mousses dans les milieux peu anthropisées et que les dépositions atmosphériques n’ont qu’une influence mineure sur la composition élémentaire des mousses. Une augmentation des dépositions atmosphériques pourrait ainsi influencer la FBA et ces limitations. Nous avons observé un gradient dans les contenus en nutriments entre le sud et le nord de la forêt boréale du Québec, mais également des variations significatives dans le contenu total en Mo et en P au cours de la saison de croissance. Cependant, ces variations ne semblent pas être corrélées aux variations de la FBA ni à sa réponse aux ajouts de nutriments (Mo, P). Nous avons confirmé que la FBA est limitée par le Mo mais pas par le P et que cette limitation est variable au cours de la saison et selon l’espèce de mousse. En effet, la limitation en Mo de la FBA n’a été observée que chez l’espèce Pleurozium schreiberi et en fin de saison de croissance. Nous avons également ii confirmé la présence d’une valeur seuil de déposition d’azote au-dessus de laquelle la FBA est inhibée. Finalement, aucune limitation de la FBA par le Fe et le S n’a été observé. Ces résultats montrent que la concentration totale en nutriments est un mauvais prédicateur de la limitation de la FBA. Une caractérisation plus poussée de la biodisponibilité des nutriments d’intérêt pour les cyanobactéries fixatrice d’azote habitants les mousses permettrait une prédiction plus efficace. Un tel outil… Advisors/Committee Members: Bellenger, Jean-Philippe (advisor), Bradley, Robert L. (advisor).

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Les coraux constructeurs de récifs se développent généralement dans des eaux oligotrophes (i.e. : faibles concentrations en azote et phosphore (N, P)). Cette limitation se voit accentuée avec le réchauffement climatique. Cependant, aux abords des côtes, l'eutrophisation des eaux entraîne un excès de sels nutritifs, pouvant provoquer la rupture de l'association corail-dinoflagellés. Les buts principaux de cette thèse ont été d'évaluer: 1) l'utilisation de l'azote et du phosphore inorganique par les coraux dans diverses conditions environnementales; 2) l'effet d'une limitation ou d'un enrichissement en azote et/ou phosphore sur la physiologie corallienne. Les résultats ont montré que la forme et la source de N n'ont pas les mêmes effets sur la physiologie des coraux et que cet effet dépend également de la disponibilité en P. Sous faibles concentrations de P, un enrichissement en NH4+ stimule le métabolisme et maintient l'association symbiotique en période de stress. Au contraire, un excès de NO3- affecte négativement les processus de photosynthèse et de calcification, entrainant un blanchissement. Ces effets sont exacerbés en présence de matière organique particulaire, mais estompés en présence de phosphore. En effet, les résultats ont montré une très grande dépendance entre la présence en P et la santé corallienne. Ainsi, en période de stress thermique, les coraux ont la capacité d'augmenter leur taux d'absorption de phosphore. Ces travaux apportent des éclaircissements sur les relations existant entre la disponibilité en sels nutritifs et l'équilibre nutritionnel au sein de la symbiose, et devraient permettre d'affiner les stratégies de gestions des écosystèmes récifaux.

Reef building corals are usually thriving in oligotrophic areas, characterized by low concentrations in inorganic nutrients, such as nitrogen and phosphorus. More, nutrient starvation is known to increase with global warming. However, along the urban coasts, water eutrophication induces nutrient excess, which could lead to the breakdown of the coraldinoflagellate symbiosis. The major aims of this thesis were to assess: 1) the use and uptake capacities of inorganic nitrogen and phosphorus by tropical corals according to environmental parameters; 2) the effects of nutrient limitation or enrichments in nitrogen and/or phosphorus on reef coral physiology. Results showed that corals response differed according to the chemical form, source of nitrogen and to the availability of phosphorus in the reef environment. In the presence of low phosphorus concentrations, ammonium supplementation enhanced coral metabolism and allowed coral colonies to overcome thermal stress. Conversely, nitrate enrichments negatively impacted photosynthesis and calcification processes, increasing coral bleaching susceptibility. These deleterious effects were enhanced when combined with organic matter supplementation, but repressed with addition of phosphorus. Indeed, results highlighted the tight relationship existing between phosphorus availability and coral health. During…

Advisors/Committee Members: Ferrier-Pagès, Christine (thesis director), Grover, Renaud (thesis director).

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L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier l’impact des activités microbiennes sur la spéciation et les flux de phosphore au sein de la colonne d’eau du lac Pavin. Ce lac ferrugineux et méromictique (stratifié de façon permanente) constitue un modèle d’étude des processus de phosphatogenèse, la transition oxique-anoxique délimitant une zone de précipitation de phases minérales phosphatées. Alors que l’on pensait que cette précipitation résultait de processus abiotiques, la contribution des communautés microbiennes a été récemment évoquée mais son ampleur restait à déterminer.Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de révéler une plus forte activité phosphatasique alcaline (APA) au niveau du compartiment supérieur brassé saisonnièrement (mixolimnion). De plus, une corrélation négative entre la concentration en orthophosphates en solution et l’APA a été montrée. Nous avons déterminé le flux et la composition des particules phosphorées sédimentant vers la zone de phosphatogenèse. Nous avons également quantifié par spectrofluorimétrie les inclusions de polyphosphates (poly-P) intracellulaires du mixolimnion et montré qu’elles sont particulièrement abondantes dans le pic de turbidité lié à la biomasse photosynthétique. En outre, l’optimisation d’un protocole de quantification des poly-P nous a permis de déceler plusieurs contraintes associées. Enfin, en utilisant une approche corrélative couplant différentes microscopies, nous avons identifié des bactéries magnétotactiques abondantes à l’interface redox, accumulant des inclusions de soufre et de phosphore (poly-P), et qui pourraient ainsi contribuer significativement aux cycles biogéochimiques de ces éléments.

This work aimed at deciphering the contribution of microbial activities to the speciation and fluxes of phosphorus particles in the water column of Lake Pavin. This ferruginous and meromictic (i.e. permanently stratified) lake is a model case for phosphatogenesis; the oxic/anoxic boundary is located within the water column, delimiting a zone where precipitation of phosphate mineral phases occurs. While it was previously assumed that this precipitation was induced by abiotic processes only, recent clues highlighted the contribution of microbial communities. Yet, the nature and magnitude of this contribution were poorly known.Here, we show that the highest activity of alkaline phosphatases (APA) occurred within the mixolimnion (the upper layer affected by seasonal mixing). Moreover, we found a negative correlation between the concentration of dissolved orthophosphates and the APA. We quantified the flux and the composition of the phosphorus particles settling to the phosphatogenesis zone. We also quantified the intracellular polyphosphate (poly-P) inclusions in the mixolimnion, by using spectrofluorimetry. We showed that poly-P were particularly abundant at depths where the photosynthetic biomass dominated. Furthermore, the development of a poly-P quantification protocol enabled us to detect several associated issues. Finally, using a correlative…

Advisors/Committee Members: Benzerara, Karim (thesis director), Duprat, Elodie (thesis director).

▼ L’Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire des noyaux exotiques (X), autres que l’Hydrogène, permet d’explorer in vivo le métabolisme et la physiologie en conditions normales ou pathologiques mais aussi d’étudier la pharmacologie de manière non-invasive. Toutefois, ces explorations souffrent de la moindre sensibilité en IRM de ces noyaux et de leur plus faible concentration dans les tissus. Le Sodium-23 (23Na) est le second noyau le plus visible en RMN dans les tissus cérébraux et sa distribution, dans les compartiments intra- et extracellulaires, est strictement régulée notamment par la pompe Na+/K+-ATPase. Les stocks d’adénosine triphosphate (ATP) et de phosphocréatine (PCr), réservoirs d’énergie pour l’activité enzymatique, doivent être perpétuellement reconstitués pour assurer le bon fonctionnement cellulaire. C’est pourquoi étudier les distributions cérébrales de ces deux métabolites phosphorylées en plus de celle du sodium permettrait de définir des indicateurs quantitatifs de la viabilité et du métabolisme cellulaire. Enfin, le lithium est le traitement de référence pour la prévention de la crise maniaque chez le patient bipolaire. Pour autant, de nombreuses questions se posent, encore aujourd’hui, quant à sa distribution cérébrale et à son mécanisme d’action thérapeutique. Durant ces trois années de thèse, nous nous sommes intéressés, en particulier, aux problématiques d’imagerie rapide par échantillonnage non-Cartésien, de reconstruction de ces images et de quantification du 23Na, du Phosphore-31 (31P) et du Lithium-7 (7Li). Nous avons développé une méthode permettant la correction des différents biais d’acquisition à travers la cartographie du champ statique B0 et des profils de transmission (B1+) et de réception (B1-) des antennes utilisées. De plus, la quantification des temps de relaxation longitudinale (T1) et transverse (T2) permet de compenser les effets de ces mécanismes de relaxation sur le signal RMN pour obtenir des mesures de concentrations robustes et fiables. En raison d’un moment quadripolaire important, l’emploi de séquence à temps d’écho ultra-court (UTE) est indispensable en IRM du 23Na en combinaison avec des schémas non-Cartésiens d’encodage spatial. Des méthodes de reconstruction dédiées aux acquisitions non-Cartésiennes ont été évaluées et comparées en termes de qualité d’image mais aussi de robustesse des stratégies de sous-échantillonnage. Enfin, une approche multi-gradient-écho (MGE), alternative aux approches de Multiple Filtrage Quantique (MQF), a été implémentée afin d’approcher la quantification dans les différents compartiments cellulaires. Ces développements ont donné lieu à des applications cliniques en Sodium à 3T chez des volontaires sains en collaboration avec le service de Neurologie de l’Hôpital Universitaire d’Aix la Chapelle en Allemagne. Une application clinique en IRM 23Na à 3T est actuellement en cours chez des patients atteints par la maladie d’Alzheimer à Aix la Chapelle. Des preuves de concept en recherche clinique, à 7T à NeuroSpin, ont été réalisées en IRM du… Advisors/Committee Members: Le Bihan, Denis (thesis director), Lerman, Cécile (thesis director).

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Les dispositifs à base de silicium, industrialisés aujourd’hui pour les systèmes électroniques, atteignent leurs limites en termes de miniaturisation et de performances. La course à l’innovation et à la miniaturisation vise aujourd’hui à dépasser cette limite en intégrant de nouveaux matériaux dans les dispositifs, en couplant d’autres phénomènes physiques de l’optique à l’électronique haute fréquence. Le travail conduit pendant cette thèse porte sur la caractérisation du phosphore noir (bP) pour des applications dans le domaine de l'optoélectronique hyperfréquence avec une application spécifique aux interrupteurs microondes pilotés optiquement à 1,55 µm. La caractérisation du bP passe par le développement de techniques de fabrication de couches bidimensionnels de bP et également par la détermination de l'influence des matériaux annexes utilisés sur les propriétés de la couche. Cela a été couplé à une étude optique pour connaitre la réponse du bP à une excitation laser à 1,55 µm. La détermination de paramètres intrinsèques spécifiques du matériau tels que le temps de vie des photoporteurs, la résistivité et la permittivité a été conduite par l'intermédiaire d'expériences de caractérisation dans le domaine optique, radiofréquence et électronique (DC). Les résultats obtenus confirment l’intérêt du bP pour ce genre d'application et ont permis l'intégration du matériau dans le dispositif hyperfréquence visé. Les résultats obtenus lors de tests préliminaires présentés dans ce mémoire sont très encourageants et ouvre la voie à de nombreuses applications ultra-rapide à haute fréquence.

The research project conducted focuses on the optoelectronic and high frequency characterization of black phosphorus. The context of this project is the trend of downscaling and multi-physical coupling seen today in industrial electronics. The characterization carried out is directed for a specific application, the realisation of microwave photoswitch controlled by a laser optical excitation at 1.55 µm. For this purpose, during this PhD a production process of thin and large bi-dimensional layers of black phosphorus has been performed, along with the fabrication of characterization devices, and a discussion to determine suitable appendices for substrate, capping layer and metallization. The technological development is coupled with optical, electronic (DC) and radiofrequency characterizations of the bi-dimensional layers for the determination of inherent black phosphorus properties like the photogenerated carrier lifetime, the material permittivity, the resistivity and the mobility of the carriers. Those parameters are essential to understanding design and simulate high frequency optoelectronic devices on black phosphorus such as the microwave photoswitch controlled at 1.55 µm. The obtained results assert black phosphorus as a promising material for this kind of application. The first performances obtained with the use of bP as an active material for photoconductive switching are very encouraging and open the way for high frequency and…

Advisors/Committee Members: Géron, Emmanuel (thesis director).