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Undergraduate students' motivational profiles before and during the COVID-19 pandemic: The role of educational climate and trait self-control
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Universities faced important and sudden changes following the lockdown measures imposed during the COVID-19 pandemic. Traditional educational practices were disrupted as campuses were closed while distance learning was hastily adopted.
Aims
This study documents the evolution of university students' autonomous and controlled motivation for their studies following campus closures by relying on a person-centred perspective. More specifically, it examines motivation profiles and their temporal stability across two time points taken before and during the pandemic, while also considering the role of educational climate, trait self-control and control variables (sex and age) as predictors of profile membership.
Sample
A total of 1940 university students participated in this study by responding to online questionnaires at two time points, before (Time 1) and after (Time 2) the pandemic.
Methods
We relied on latent profile and latent transition analyses to estimate motivation profiles, their temporal stability and their predictors.
Results
A four-profile solution (Self-Determined, Moderately Motivated, Extrinsically Motivated, Amotivated) was selected and replicated at both time points. We observed a low degree of variability in profile membership over time, especially for the Amotivated profile. A need-supportive educational climate and trait self-control consistently predicted a greater likelihood of membership into more adaptative profiles (Self-Determined, Moderately Motivated).
Conclusions
The COVID-19 pandemic did not drastically change the motivational profiles of university students. Nevertheless, educational climate and self-control appeared to ‘protect’ students against the endorsement of more problematic motivation profiles both before and during the pandemic, making them important targets for intervention. -- Keywords : academic motivation ; COVID-19 ; educational climate ; latent transition analysis ; self-control ; University Students
Soudabilité des pièces en acier inoxydable 316l produites par la fabrication additive métallique
Get PDF« La fabrication additive métallique offre une liberté de conception élevée permettant de fabriquer des pièces complexes pour diverses applications industrielles. Ce nouveau procédé permet de créer des produits finis, des pièces s'intégrant dans des assemblages complexes, des pièces de rechange ou des outillages. Le soudage se manifeste comme une solution pour intégrer plus facilement ces pièces dans des assemblages. Le soudage peut également être utile pour imprimer des pièces qui dépassent les limites des machines. En effet, une grande pièce peut être imprimée en plusieurs plus petites composantes pouvant être assemblées par soudage. On peut aussi penser utiliser le soudage pour réparer des pièces imprimées qui ont une grande valeur économique. L'acier inox 316L est parmi les matériaux les plus utilisés dans le procédé L-PBF, ceci étant dû à sa bonne soudabilité et à ses propriétés mécaniques élevées. Dans le but d'évaluer la soudabilité des composants de fabrication additive, le mémoire présente une étude comparative incluant différentes configurations d'éprouvettes soudées avec la technologie GMAW et non soudées. Les cinq configurations étudiées sont 1) éprouvettes imprimées non soudées, 2) éprouvettes soudées et composées de deux pièces imprimées, 3) éprouvettes composées d'une pièce imprimée et d'une pièce découpée au laser, 4) éprouvettes soudées composées de deux pièces découpées au laser et 5) des éprouvettes non soudées découpées au laser. Les essais de traction effectués ont confirmé que les pièces en acier inoxydable 316L issues de la fabrication additive pouvaient être soudées et que la résistance du joint soudé était comparable à celle des joints soudés entre des pièces fabriquées avec des procédés conventionnels. En ce qui concerne la fatigue, les résultats montrent que la limite d'endurance des joints soudés entre des pièces de fabrication additive est plus basse d'environ 7%. Toutefois, la différence a été causée par une rupture à petit nombre de cycles et à faible charge. Cette rupture a possiblement été causée par un défaut de soudage ou par des marques de meulage ayant causé l'apparition d'une fissure. Cela mérite d'être validé en appliquant la méthode de l'escalier avec un plus grand nombre de spécimens. Pour toutes les configurations soudées, le profil de dureté diminue dans la zone fusionnée. En conclusion, les pièces en 316L issues de la fabrication additive L-PBF sont soudables et la résistance des joints soudés ont des valeurs admissibles en statique et en fatigue comparables à celles des joints soudés entre des composants fabriqués avec l'acier 316L laminé à froid. -- Mot(s) clé(s) en français : Fabrication additive, Soudage TIG, 316L, Défauts de soudage, Fatigue, Traction, Micrographie, Micro dureté. »--
« Metal additive manufacturing offers high design freedom to manufacture complex parts for various industrial applications. This new process allows the creation of finished products, parts that fit into complex assemblies, spare parts or tooling. Welding is manifested by a solution to integrate these parts more easily into assemblies. Welding can also be useful for printing parts that are beyond the limits of the machines. Indeed, a large part can be printed in several smaller components and assembled by welding. Welding can also be used to repair printed parts that have a high economic value. Stainless steel 316L is among the most used materials in the L-PBF process, due to its good weldability and high mechanical properties. In order to evaluate the weldability of additive manufacturing components, this paper presents a comparative study including different welded and non-welded specimen configurations using 316L. The five configurations studied were 1) non-welded printed specimens, 2) welded specimens consisting of two printed parts, 3) specimens consisting of one printed part and one laser-cut part, 4) welded specimens consisting of laser-cut parts, and 5) non-welded laser-cut specimens. The tensile tests conducted confirmed that the additively manufactured 316L stainless steel parts could be welded and that the strength of the welded joint was comparable to that of welded joints between parts manufactured with conventional processes. In terms of fatigue, the results show that the endurance limit of welded joints between additive manufacturing parts is lower by about 7%. However, the difference was caused by a lowload failure that was possibly caused by a welding defect or by grinding marks that led to the initiation of a crack. This would deserve validation by applying the staircase method with a larger number of specimens. For all welded configurations, the hardness profile decreases in the fused area. In conclusion, the 316L parts from L-PBF additive manufacturing are weldable and the strength of the welded joints have static and fatigue values comparable to those of welded joints between components made with cold rolled 316L steel. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Additive manufacturing, TIG welding, 316L, Welding defects, Fatigue, Tensile, micrography, microhardness. »-
Conception, modélisation et simulation d'un bateau de pêche électrique à émission zéro
Get PDFRÉSUMÉ : Dans cette thèse, on s'efforce de concevoir un système de propulsion entièrement électrique pour un bateau de pêche qui fonctionne en eau douce (comme une rivière) et qui n'a pas besoin d'utiliser de carburant. Le bateau étudié est un catamaran et mesure 23 pieds de long par 8 pieds de large. Une vitesse de 8 nœuds est considérée pour le bateau lorsqu'il se déplace vers le lieu de pêche et également entre les rivières, et la durée de l'activité quotidienne du bateau est de 8 heures. La consommation d'énergie pour chaque voyage est de 17.3 kWh. Le modèle présenté est tout à fait général, mais les résultats peuvent être utilisés pour n'importe quel bateau dont la taille se situe dans la fourchette du modèle étudié. Un panneau solaire photovoltaïque, un moteur à courant continu, des batteries lithium-ion, un équipement de protection, un contrôleur MPPT et un contrôleur d'accélérateur sont tous proposés comme éléments du système d'alimentation. Les systèmes de batteries peuvent fournir de l'électricité jusqu'à 20 kWh. L'énergie électrique produite par le panneau solaire est stockée dans une banque de batteries pour être utilisée par l'équipement électrique à l'intérieur du bateau. Un modèle 3D d'un toit rigide en aluminium est conçu pour monter les panneaux solaires sur le toit du bateau. Le toit rigide (créé avec Solidworks) a été examiné dans différentes conditions, notamment en ce qui concerne le vent et le poids, à l'aide d'Ansys Workbench. Tous les tests ont révélé un énorme facteur de sécurité. Les bons calculs sont effectués pour déterminer où placer les objets lourds tels que les batteries, les moteurs et les panneaux solaires et s'assurer que le bateau reste stable. Ensuite, un modèle 3D d'un bateau équipé du toit rigide conçu et d'autres équipements est présenté. Le système de bateau alimenté par batterie proposé a été simulé par SIMULINK, puis la conception a été évaluée. Lorsque les pêcheurs appuient sur l'accélérateur du bateau électrique développé, le système de propulsion électrique conçu peut immédiatement produire un couple adéquat, alors que les bateaux similaires équipés de moteurs à combustion mettent souvent plus de temps à atteindre cette puissance. La tension de charge continue est maintenue quel que soit le changement de la valeur de l'irradiation. Chaque fois que le pourcentage de charge de la batterie est inférieur à 55 %, les panneaux sont connectés à la batterie par l'intermédiaire du circuit de commutation et la batterie est ainsi chargée. Les résultats de la conception proposée montrent qu'elle maintient la vitesse et la stabilité par rapport à d'autres conceptions issues de recherches antérieures qui posaient des problèmes de continuité et de stabilité de l'alimentation en raison des variations des conditions météorologiques, telles que l'irradiation solaire. Les résultats montrent qu'un moteur à carburant traditionnel peut être remplacé par un moteur électrique sans perte de puissance et avec seulement de légers changements dans le poids du système de propulsion. -- Mot(s) clé(s) en français : Bateau zéro émission, banc de batteries, propulsion électrique, module PV, énergie renouvelable, énergie solaire. --
ABSTRACT : In this thesis, an effort is made to design an all-electric propulsion system for a fishing boat that works in freshwater (like a river) and does not have to use fuel. The boat under study is a catamaran and measures 23 feet long by 8 feet wide. A speed of 8 kn is considered for the boat when moving to the fishing place and also between rivers, and the duration of the boat operations is 8 hours. Energy consumption for each trip is 17.3 kWh. The model shown is completely general, but the results can be used for any boat whose size is within the range of the model studied. A solar PV panel, a DC motor, lithium-ion batteries, protection equipment, an MPPT controller, and a throttle controller are all suggested as parts of the power system. The battery systems can sustain energy up to 20 kWh. The resulting electrical power from the solar panel is stored in a battery bank for use by electrical equipment inside the boat. A 3D model of an aluminium hardtop is designed to mount the solar panels on the boat's roof. The designed hardtop (created with Solidworks) has been examined under different conditions, including wind and weight, using Ansys Workbench. In all tests, a huge safety factor was reported. The right calculations are done to figure out where to put heavy objects like batteries, motors, and solar panels and make sure the boat stays stable. Next, a 3D model of the boat equipped with the designed hardtop and other equipment is presented. The proposed battery-powered boat system has been simulated by SIMULINK, and the design is then evaluated. When fishermen push the throttle on the developed electric boat, the designed electric propulsion system can immediately produce proper torque, while similar boats with combustion engines often take longer to reach this horsepower. The continuous charging voltage is maintained regardless of the change in the value of the irradiance. Whenever the battery charge percentage reaches less than 55%, the panels are connected to the battery through the switching circuit, and the battery is consequently charged. The results of the proposed design show that it maintains speed and stability compared to other ones from previous research that had issues with power continuity and stability due to variations in weather conditions, such as solar irradiation. The results show that a traditional fuel engine can be replaced with an electric motor without losing power and with only slight changes in the weight of the propulsion system. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Battery bank, Electric propulsion, PV module, Renewable energy, Solar energy, Zero emission boat
Développement d'un dispositif de négociation morphosyntaxique visant l'amélioration de la réflexion métalinguistique d'élèves du 3e cycle du primaire en contexte d'orthopédagogie
Get PDFRÉSUMÉ : L'apprentissage de l'orthographe grammaticale - la morphosyntaxe - constitue, pour nombre d'élèves scolarisés dans les écoles primaires québécoises, un défi de taille. Les élèves ayant des difficultés en morphosyntaxe ont, souvent, de la difficulté à réfléchir sur la langue. Ils se posent peu de questions en écrivant et ils ont de la difficulté à verbaliser les procédures utilisées afin de réaliser les accords grammaticaux. Au Québec, l'orthopédagogue a pour mandat de venir en aide à ces élèves qui éprouvent des difficultés en morphosyntaxe en réalisant des interventions spécifiques selon les besoins identifiés. Des dispositifs innovants ont été créés et expérimentés dans les écoles ces dernières années, notamment les ateliers de négociation graphique (ANG), afin d'amener les élèves à développer une réflexion métalinguistique et à améliorer leurs habiletés morphosyntaxiques. Bien que l'efficacité de ces dispositifs ait été démontrée dans plusieurs études, aucune d'entre elles ne s'est intéressée à son utilisation en contexte d'orthopédagogie. Ainsi, la question ayant guidé la présente étude est : Comment un dispositif orthodidactique, fondé sur la négociation morphosyntaxique, peut-il amener des élèves ayant des difficultés en morphosyntaxe à développer leur réflexion métalinguistique? Afin de répondre à cette question, l'objectif général de cette thèse est de développer un dispositif orthodidactique de négociation morphosyntaxique en contexte orthopédagogique de sous-groupe afin que des élèves du 3e cycle du primaire ayant des difficultés améliorent leur réflexion métalinguistique. Cet objectif général se décline en trois objectifs spécifiques : 1) Concevoir un prototype de dispositif de négociation morphosyntaxique en se basant sur des connaissances provenant de différentes disciplines scientifiques; 2) Procéder à la mise à l'essai du prototype en contexte orthopédagogique, avec des sous-groupes d'élèves, en tenant compte du déploiement de leur réflexion métalinguistique; 3) Décrire, analyser et évaluer la démarche de développement en vue d'identifier les caractéristiques essentielles du dispositif développé. Pour cette étude, une recherche-développement, avec un devis de recherche qualitatif, est privilégiée. Un premier dispositif a été développé, lequel s'appuie, d'une part, sur une analyse des besoins réalisée en amont de cette recherche et, d'autre part, sur les connaissances scientifiques répertoriées à propos de l'enseignement-apprentissage de la morphosyntaxe. Il a été mis à l'essai à deux reprises en contexte orthopédagogique, en clinique privée, auprès d'élèves du 3e cycle du primaire éprouvant des difficultés en morphosyntaxe. Au total, six élèves ont participé aux mises à l'essai. Des pistes d'amélioration ont été dégagées à la suite de celles-ci afin de bonifier le prototype. Le développement de la réflexion métalinguistique des élèves a été observé au moyen d'entretiens métalinguistiques et d'une grille de classification des justifications métalinguistiques créées dans le cadre de cette étude. Les informations collectées et analysées au cours de cette recherche permettent de dégager des caractéristiques essentielles liées au dispositif. De même, au terme de cette recherche-développement, plusieurs constats généraux concernant la mise en place d'activités de négociation en contexte orthopédagogique sont mis en lumière. Ces derniers concernent l'étayage piloté par l'orthopédagogue lors des activités de négociation, l'identification des conceptions initiales des élèves au moyen d'entretiens métalinguistiques, l'enseignement de connaissances morphosyntaxiques et de techniques liées à la négociation, la création de situations d'écriture signifiantes visant le transfert des connaissances morphosyntaxiques et le développement de la réflexion métalinguistique. Afin de favoriser l'implantation du dispositif sur le terrain, quelques pistes sont proposées. Ces dernières prennent appui sur l'expérience de développement vécue par les chercheurs et les commentaires formulés par un orthopédagogue ayant tenté a mise en œuvre du dispositif dans son milieu scolaire. L'originalité de cette recherche repose sur le contexte particulier dans lequel elle est menée - l'orthopédagogie - et le développement d'un dispositif innovant qui regroupe des principes issus de différentes disciplines scientifiques. Cette étude, centrée sur des enjeux pragmatiques vécus en milieu de pratique, vise à concevoir un dispositif validé et éprouvé sur le terrain à l'intention d'orthopédagogues qui souhaitent aider leurs élèves dans le domaine de la morphosyntaxe. -- Mot(s) clé(s) en français : négociation; orthopédagogie du français; étayage orthopédagogique; morphosyntaxe; réflexion métalinguistique; manipulations syntaxiques; métalangage grammatical; écriture; conception de l'erreur; recherche-développement
Northern shrimp from multiple origins show similar sensitivity to global change drivers, but different cellular energetic capacity
Get PDFSpecies with a wide distribution can experience significant regional variation in environmental conditions, to which they can acclimatize or adapt. Consequently, the geographic origin of an organism can influence its responses to environmental changes, and therefore its sensitivity to combined global change drivers. This study aimed at determining the physiological responses of the northern shrimp, Pandalus borealis, at different levels of biological organization and from four different geographic origins, exposed to elevated temperature and low pH to define its sensitivity to future ocean warming and acidification. Shrimp sampled within the northwest Atlantic were exposed for 30 days to combinations of three temperature (2, 6 or 10°C) and two pH levels (7.75 or 7.40). Survival, metabolic rates, whole-organism aerobic performance and cellular energetic capacity were assessed at the end of the exposure. Our results show that shrimp survival was negatively affected by temperature above 6°C and low pH, regardless of their origin. Additionally, shrimp from different origins show overall similar whole-organism performances: aerobic scope increasing with increasing temperature and decreasing with decreasing pH. Finally, the stability of aerobic metabolism appears to be related to cellular adjustments specific to shrimp origin. Our results show that the level of intraspecific variation differs among levels of biological organization: different cellular capacities lead to similar individual performances. Thus, the sensitivity of the northern shrimp to ocean warming and acidification is overall comparable among origins. Nonetheless, shrimp vulnerability to predicted global change scenarios for 2100 could differ among origins owing to different regional environmental conditions. -- Keywords : Ocean warming ; Ocean acidification ; Comparative physiology ; Aerobic performance ; Pandalus borealis ; Conservation
On the nature, predictors, and outcomes of undergraduate students' psychological distress profiles
Get PDFAlthough it is well known that psychological distress is a widespread phenomenon among undergraduate students, especially in the aftermath of the COVID-19 pandemic, research on the heterogeneity of the psychological distress manifestations observed in this population is still lacking. This study sought to investigate the nature of psychological distress profiles among a sample of 1053 undergraduate students (78.2 % female; Mage = 22.60, SDage = 4.72) who completed our measures roughly six months into the COVID-19 pandemic. Levels of depression, generalized anxiety, performance anxiety, and emotional exhaustion were evaluated while also accounting for participants' global levels of distress across all types of manifestations. Moreover, we also considered the role played by contextual (university educational climate) and individual (student trait self-control) factors as predictors of profile membership, while controlling for students' sociodemographic characteristics (age, sex, residence status, parental education level, and immigration status). Finally, students' levels of suicidal ideation and risk behaviors (substance use, sedentary time, and fast-food consumption) were contrasted across profiles. Our analyses revealed five quantitatively and qualitatively distinct profiles of psychological distress (Low Distress, Emotional Exhaustion, Performance Anxiety, General Distress, and Exhausted with Performance Anxiety). Controlling for sociodemographic characteristics, a need supportive educational climate and higher levels of trait self-control predicted a higher likelihood of membership into the most adaptive profiles (e.g., Low Distress). Lastly, membership to the General Distress and Exhausted with Performance Anxiety profiles was associated with the least desirable outcomes. -- Keywords : University students ; Psychological distress ; Educational climate ; Self-control ; Risk behaviors
All roads lead to Rome: inter-origin variation in metabolomics reprogramming of the northern shrimp exposed to global changes leads to a comparable physiological status
Get PDFImpacts of global ocean changes on species have historically been investigated at the whole-organism level. However, acquiring an in-depth understanding of the organisms’ cellular metabolic responses is paramount to better define their sensitivity to environmental challenges. This is particularly relevant for species that experience highly different environmental conditions across their distribution range as local acclimatization or adaptation can influence their responses to rapid global ocean changes. We aimed at shedding light on the cellular mechanisms underpinning the sensitivity to combined ocean warming (OW) and acidification (OA) in the northern shrimp Pandalus borealis, from four different geographic origins defined by distinctive environmental regimes in the northwest Atlantic: i.e. St. Lawrence Estuary (SLE), Eastern Scotian Shelf (ESS), Esquiman Channel (EC) and Northeast Newfoundland Coast (NNC). We characterized targeted metabolomics profiles of the muscle of shrimp exposed to three temperatures (2, 6 or 10°C) and two pH levels (7.75 or 7.40). Overall, shrimp metabolomics profiles were modulated by a significant interaction between temperature, pH and origin. Temperature drove most of the metabolomics reprogramming, confirming that P. borealis is more sensitive to OW than OA. Inter-origin differences in metabolomics profiles were also observed, with temperature*pH interactions impacting only shrimp from SLE and ESS, pH affecting only shrimp from SLE and temperature impacting shrimp from all origins. Temperature influenced metabolomics pathways related to the tricarboxylic acid cycle (TCA) and amino acid metabolism, resulting mainly in an accumulation of TCA intermediates and tyrosine. Temperature*pH and pH in isolation only affected amino acid metabolism, leading to amino acids accumulation under low pH. However, the ratio of ATP : ADP remained constant across conditions in shrimp from all origins suggesting that their energetic status is not affected by OW and OA. Still, the accumulation of TCA intermediates and tyrosine suggests the possible enhancement of immune responses under future OW and OA conditions. Our findings suggest that shrimp from SLE are more sensitive at the molecular level, compared to others, to future complex environmental conditions. This underlines the importance of investigating intraspecific variation in mechanisms of responses to combined drivers when trying to define species’ sensitivity to global ocean changes
Modèle numérique et conception préliminaire de l'hybridation pneumatique d'une génératrice Diesel
Get PDFRÉSUMÉ : Ce mémoire est le résultat d'une recherche visant à développer un modèle de moteur Diesel à l'aide du logiciel commercial GT-POWER. Le modèle peut tester certaines hypothèses pour optimiser le fonctionnement du moteur en utilisant des techniques de l'hybridation pneumatique. Une source externe d'air comprimé peut être utilisée pour réduire la consommation de carburant du moteur Diesel, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre. Les résultats attendus peuvent être utilisés dans les régions éloignées du nord du Canada où le coût de livraison de l'énergie aux consommateurs est beaucoup plus élevé. Pour réaliser ce projet, nous avons proposé une méthode bien déterminée. Cette méthode permettra de minimiser le coût du travail expérimental et facilitera une meilleure compréhension du comportement du procédé dans différentes conditions, permettant une modélisation prédictive structurée et efficace. Des simulations ont été réalisées sur un modèle créé avec le logiciel GT-POWER du moteur Diesel Caterpillar C15 avec 6 cylindres de 410 kW (550 ch) et une vitesse de pointe de 1800 tr/min. Les résultats obtenus confirment la faisabilité et l'efficacité de la méthode. Les résultats des simulations ont montré que le modèle associé au logiciel GT-POWER, pouvait fournir les validations nécessaires pour justifier les modifications de conception du moteur dans le but de préparer un banc d'essai. -- Mot(s) clé(s) en français : moteur Diesel, hybridation pneumatique, suralimentation, turbocompresseur, puissance, couple, charges, rendement. --
ABSTRACT : This thesis results from research on developing a Diesel engine model using the commercial software GT-POWER. The model can test specific hypotheses to optimize engine operation using pneumatic hybridization techniques. An external source of compressed air can reduce Diesel engine fuel consumption, reducing greenhouse gas emissions. The expected results are helpful in remote areas of northern Canada where the cost of delivering energy to consumers is much higher. To carry out this project, we have proposed a well-defined method. This method will allow us to minimize the cost of experimental work, to facilitate the understanding of the behaviour of the process under different conditions, allowing a structured and efficient predictive modelling. Simulations were performed on a Caterpillar C15 Diesel engine with 6 cylinders of 410 kW (550 hp) and a top speed of 1800 revolutions/min. The results obtained confirm the feasibility and effectiveness of the method. Data gathered from the simulations with GT-Power software showed that the model could provide the validation needed to justify engine design changes for a test bench preparation. Mot(s) clé(s) en anglais : Diesel engine, pneumatic hybridization, supercharger, turbochargers, power, torque, loads, efficiency
Développement de stratégies de production de biomasse à haute densité cellulaire et de composés à haute valeur ajoutée par les microalgues en conditions mixotrophes : le cas de la microalgue verte Tetradesmus obliquus
Get PDFRÉSUMÉ : Le présent ouvrage vise à développer de nouvelles stratégies pour la production de biomasse à haute densité cellulaire et de composés à haute valeur ajoutée par les microalgues en conditions mixotrophes. Le choix de la microalgue verte Tetradesmus obliquus comme modèle d'étude est justifié par son potentiel mixotrophe prometteur pour les applications industrielles et commerciales. Des améliorations pour maximiser la production de biomasse et de pigments sont proposées, en optimisant la disponibilité des nutriments. Les objectifs incluent l'étude des cinétiques de croissance, la modélisation multifactorielle de la production de biomasse et de pigments, ainsi que la mise au point de techniques de contrôle automatisé pour optimiser leur production dans des photobioréacteurs en utilisant des modèles mathématiques adaptés. Une première étude, liant mon projet de doctorat à celui de maîtrise, a évalué l'utilisation du perméat de lactosérum doux (SWP), un déchet de l'industrie laitière, comme source de carbone organique pour la culture mixotrophe de T. obliquus et la production de l'enzyme ß-galactosidase comme molécule à haute valeur ajoutée. La substitution de 60% (v/v) du milieu de culture par du SWP a amélioré significativement la croissance de T. obliquus et la production totale d'enzymes. Cependant, une utilisation de 100% (v/v) de SWP n'était pas efficace, donc non-rentable, en raison du manque de certains nutriments essentiels. Une autre molécule à haute valeur ajoutée, présumée être un galacto-oligosaccharide, a également été détectée en présence de fortes proportions de SWP. Ces résultats suggèrent que le SWP pourrait être utilisé comme source de carbone alternative pour la culture de T. obliquus, avec des avantages potentiels pour la production d'enzymes et de biomasse. Ensuite, nous avons approfondi notre étude en examinant les effets de huit nutriments clés (glucose, nitrate, phosphate, sulfate, magnésium, fer, manganèse et calcium) ainsi que leurs interactions sur la production de biomasse en combinant la méthode Taguchi à la modélisation mathématique. Les résultats ont montré que cette approche a permis d'obtenir un rendement maximum de biomasse de 7,98 g.L-1, l'un des plus élevés selon la littérature pour l'espèce T. obliquus. Le modèle mathématique, qui comprend cinq variables d'état et neuf paramètres, a permis d'intégrer avec succès les effets du nitrate, du phosphate, du glucose et du fer. La validation du modèle a confirmé des prévisions très précises. Cette méthodologie s'est révélée être un outil puissant pour améliorer la production de biomasse. Cela nous a permis de modéliser la production de biomasse et de lutéine en mixotrophie chez T. obliquus en intégrant les effets des trois nutriments les plus critiques (nitrate, phosphate et glucose) sur la croissance et la production de lutéine. Le modèle a été évalué à l'aide d'une conception expérimentale unique et de techniques d'optimisation de moindres carrés non linéaires. L'augmentation de la concentration initiale de nitrate a augmenté la production respective de biomasse et de lutéine jusqu'à 4 et 12 fois. Les résultats de validation ont confirmé la précision du modèle pour prédire les profils de concentration dynamiques. Ces résultats ont des implications importantes pour la modélisation de la croissance d'autres espèces de microalgues et pour la mise en place de stratégies de contrôle en temps réel pour les photobioréacteurs. La dernière étape de cette thèse consiste à développer des approches de contrôle automatique afin de maximiser la production de biomasse microalgale et de pigments (lutéine) en utilisant des modèles mathématiques adaptés au mode continu de culture grâce à des simulations en temps réel. Les simulations ont montré que les productivités maximales en biomasse et en lutéine ont été atteintes après seulement 4 à 4,5 jours de culture, respectivement avec des concentrations maximales en continu de 4,10 g.L-1.j-1 et de 6,70 mg.L-1.j-1. En cas de concrétisation en pratique, cela constituerait l'un des rendements les plus élevés rapportés pour la microalgue T. obliquus en mode continu. Des travaux futurs pourraient consister à incorporer d'autres facteurs tels que la lumière, le CO2, la température et le pH dans la modélisation mathématique du système afin de mieux comprendre leur impact sur la production de biomasse et de pigments. L'exploration d'autres modes de culture pourrait également être envisagée pour améliorer davantage le rendement de production. -- Mot(s) clé(s) en français : Microalgues ; Conditions mixotrophes ; Modélisation mathématique ; Disponibilité des nutriments ; Modélisation multifactorielle ; Production de biomasse ; Production de lutéine ; Contrôle automatique. --
ABSTRACT : This work aims to develop new strategies for the production of high-density cell biomass and high-value compounds by microalgae under mixotrophic conditions. The choice of the green microalga Tetradesmus obliquus as a model for study is justified by its promising mixotrophic potential for industrial and commercial applications. Improvements to maximize the production of biomass and pigments are proposed by optimizing nutrient availability. Key objectives include the study of growth kinetics, the multifactorial modeling of biomass and pigment production, as well as the development of automated control techniques to optimize their production in photobioreactors using the developed mathematical models. A first study linking my doctoral project to my master's thesis evaluated the use of sweet whey permeate (SWP), a waste product from the dairy industry, as a source of organic carbon for the mixotrophic culture of T. obliquus and the production of the enzyme ß-galactosidase as a high-value molecule. Substitution of 60% (v/v) of the culture medium with SWP significantly improved T. obliquus growth and total enzyme production. However, the use of 100% (v/v) SWP was not effective, and therefore unprofitable, due to the lack of certain essential nutrients. Another high-value molecule, presumed to be a galacto-oligosaccharide, was also detected in the presence of high proportions of SWP. These results suggest that SWP could be used as an alternative carbon source for T. obliquus culture, with potential benefits for enzyme and biomass production. We then furthered our study by examining the effects of eight key nutrients (glucose, nitrate, phosphate, sulfate, magnesium, iron, manganese, and calcium) and their interactions on biomass production by combining Taguchi method with mathematical modeling. Results showed that this approach yielded a maximum biomass yield of 7.98 g.L-1, one of the highest reported for T. obliquus. The mathematical model, which includes five state variables and nine parameters, successfully integrated the effects of nitrate, phosphate, glucose, and iron. Model validation confirmed highly accurate predictions. This methodology proved to be a powerful tool for improving biomass production. This allowed us to model biomass and lutein production in T. obliquus mixotrophic culture by integrating the effects of the three most critical nutrients (nitrate, phosphate, and glucose) on growth and lutein production. The model was evaluated using a unique experimental design and nonlinear least squares optimization techniques. Increasing the initial nitrate concentration significantly increased biomass and lutein production up to 4 and 12-fold, respectively. Validation results confirmed the accuracy of the model in predicting dynamic concentration profiles. These results have important implications for modeling the growth of other microalgal species and for the implementation of real-time control strategies for photobioreactors. The final step of this work consists in developing automatic control approaches to maximize the production of microalgal biomass and pigments (lutein) using mathematical adapted models for continuous culture mode through real-time simulations. The simulations showed that the maximum productivities in biomass and lutein were achieved after only 4 to 4.5 days of culture, with maximum continuous concentrations of 4.10 g.L-1.j-1 and 6.70 mg.L-1.j-1, respectively. If realized in practice, this would constitute one of the highest reported yields for the microalga T. obliquus in continuous mode. Future work could involve incorporating other factors such as light, CO2, temperature, and pH into the mathematical modeling to better understand their impact on biomass and pigment production. Exploring other culture modes could also be considered to further improve production yield. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Microalgae ; Mixotrophic conditions ; Mathematical modeling ; Nutrient availability ; Multifactorial modeling ; Biomass production ; Lutein production ; Automatic control
Hétérogénéité de la biodiversité et du fonctionnement global dans un herbier boréal de zostère marine (Zostera marina)
Get PDFRÉSUMÉ : En milieux côtiers et peu profonds, le raclage par la glace a tendance à créer de l'hétérogénéité au sein des communautés benthiques. Dans les herbiers intertidaux en zone boréale et subarctique, le couvert de glace en hiver emprisonne le substrat et les feuilles des plantes marines. En se fracturant, il décroche et détruit des parties de l'herbier laissant derrière des zones de sédiments dénudées de végétation. Les conditions environnementales entre ces zones de sédiments nus et le reste de l'herbier sont différentes au point où ils peuvent être considérés comme deux habitats distincts. Ces deux habitats abritent des assemblages d'espèces différentes. Les différences entre aires végétalisées et sédiments nus en matière de biodiversité peuvent avoir un impact sur le fonctionnement de l'écosystème. Ce projet vise à déterminer quelles sont les relations entre la biodiversité et le fonctionnement dans ces deux habitats de l'herbier boréal de zostère marine (Zostera marina) de la baie de Rimouski. Afin de déterminer ces relations, la biodiversité taxonomique et fonctionnelle de la communauté macrobenthique ainsi que les flux de carbone, d'oxygène et de nutriments (proxy du fonctionnement) ont été mesurés à l'émersion et à l'immersion dans neuf échantillons prélevés dans les aires de sédiment nus et neuf échantillons prélevés dans les aires végétalisées. Nous avons estimé que suite à la perte de la structure complexe des zostères, les habitats de sédiments nus seraient moins productifs et abriteraient des communautés moins denses et moins diversifiées. En effet, en l'absence de l'espèce ingénieure d'écosystème Z. marina la diversité taxonomique de l'habitat marelle était plus faible. À l'immersion, la production nette et la respiration de la communauté étaient de deux à cinq fois plus élevées dans les échantillons végétalisés. Des algues vertes se sont développées dans l'habitat marelle conservant le trait de producteur primaire dans cet habitat. À l'échelle de l'herbier, cette redondance fonctionnelle des producteurs primaire a permis de maintenir une production primaire nette positive dans les habitats perturbés par la glace. -- Mot(s) clé(s) en français : Zostera marina, herbier intertidal boréal, écosystème fragmenté, biodiversité et fonctionnement de l'écosystème (BEF), redondance fonctionnelle, production primaire. --
ABSTRACT : Sea ice scouring tends to increase benthic heterogeneity in boreal and subarctic shallow coastal environments. Eelgrass leaves and sediments get caught in the ice foot. As the ice breaks, patches of vegetation are moved or destroyed. Thus, new habitats are formed inside the densely vegetated meadows: bare sediments tidal pools or channels. Barren and vegetated areas are deemed as two self-sustained habitats within the meadow with different environmental conditions. These habitats have different species assemblages that might influence their global functioning. This project aims to define relationships between biodiversity an ecosystem functioning in the boreal eelgrass meadow (Zostera marina) in the bay of Rimouski. Taxonomic and functional diversity of the benthic community were assessed and ecosystem functioning was determined according to carbon, oxygen and nutrients fluxes in 9 bare sediment cores and 9 vegetated cores sampled in the meadow. Comparing biodiversity and functioning between habitats, we hypothesized lower species density and richness and lower functioning in cores sampled in bare sediment areas. Indeed, the loss of the engineer species Z. marina led to a less taxonomically diverse macrofaunal community. At immersion, net community production and community respiration were two- to fivefold higher in vegetated cores. Along the experiment, green algae Ulva developed in bare sediment cores (as it does in situ during summer). The arrival of this new species uniquely in barren cores prevented loss of primary producers' traits at habitat scale and induced functional redundancy at the ecosystem scale. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Zostera marina, boreal meadow, fragmented ecosystem, biodiversity and ecosystem functioning (BEF), functional redundancy, primary production