202 - Environnement

Les hydrocarbures présents dans le milieu marin existent naturellement. Ils proviennent soit de suintement de gisements pétroliers soit de la synthèse par certains microorganismes. Les cyanobactéries ont été récemment décrites comme étant des organismes qui biosynthétisent des hydrocarbures, plus particulièrement des alcanes. Cependant, cette caractérisation a été faite à partir de cultures provenant d’environnements tempérés. Nous n’avons à l’heure actuelle, pas de connaissance concernant les cyanobactéries polaires qui pourtant représentent une portion significative des communautés de microorganismes. À l’aide de méthodes directe et indirecte, respectivement analytique et génomique, nous cherchons à connaître le potentiel de biosynthèse d’hydrocarbures par des cultures de cyanobactéries isolées en Arctique et en Antarctique. La chromatographie en phase gazeuse et les génomes de ces cultures polaires révèlent la présence d’alcanes et des gènes impliqués dans ce processus métabolique. Ces résultats sont une première étape vers une compréhension plus fine du cycle des hydrocarbures à l’échelle globale et des interactions potentielles entre ces bactéries synthétisant des alcanes et les bactéries capables de dégrader les alcanes issus du pétrole.

Le boom de l’industrie pétrochimique survenu au cours des 50 dernières années a permis le développement d’une variété de polymères synthétiques (Nylon, PVC, etc.). Néanmoins, la demande croissante associée à la rareté de certains composés pétroliers a récemment soulevé une préoccupation quant à l’impact de l’utilisation des ressources pétrochimiques sur l’humain et son environnement. Ceci est particulièrement vrai pour le cas de l’électronique organique (cellules photovoltaïques, diodes électroluminescentes) qui pourrait bénéficier grandement de chemins de synthèse alternatifs. En effet, la préparation de la grande majorité des polymères pour l’électronique organique engendre la formation de produits secondaires toxiques (ex.: dérivés étain organique) ainsi que l’utilisation de solvants nocifs pour l’environnement (ex.: toluène, CHCl3). Il est donc critique de trouver des solutions durables et vertes à l’utilisation de dérivés pétrochimiques. Le présent projet propose la conception et la fabrication de polymères conjugués à partir de la biomasse forestière. Plus particulièrement nous utiliserons l'acide glutamique en tant que produit de départ biosourcé pour la synthèse de l'unité dipyrrolopyrazine-3,8-dione. Par la suite, cette unité sera polymérisée par la méthode d'hétéroarylation directe et ses propriétés physiques, optiques et électroniques seront caractérisées. Les matériaux obtenus seront testés dans des dispositifs et les résultats préliminaires seront présentés.

Ces dernières années, de plus en plus d’intérêt s’est porté sur les bactéries promotrices de croissance de plante (Plant Growth Promoting Rhizobacteria). Ces bactéries procurent de nombreux bénéfices ; production de phytohormones, augmentation de la nutrition métallique via la production de métallophores ou encore protection contre les phytopathogènes. Certaines PGPR, dites diazotrophes, sont aussi capables d’améliorer la nutrition azotée des plantes en catalysant la réduction du diazote atmosphérique en ammonium biodisponible. Ce trait est particulièrement intéressant pour la réduction des intrants azotés chimiques en zone agricole. Cependant, nos connaissances sur les PGPR proviennent principalement d’études en monoculture peu représentatives de la rhizosphère où plusieurs espèces microbiennes coexistent.

Mon étude vise à caractériser les interactions (coopération ou compétition) et performances (croissance, fixation de N₂, sporulation, production de métallophores) de deux PGPR le long d’un gradient d’azote et métallique. Ce sont Azotobacter vinelandii 12837, un diazotrophe, et Bacillus subtilis 3610, un PGPR ubiquitaire et agent de biocontrôle, qui ont été choisis. J’ai observé que l’interaction entre ces deux PGPR est fortement influencée par la disponibilité de l’azote et que leur réponse est également modulée par la forme du fer.

Ce projet à pour but d’acquérir une meilleure compréhension des dynamiques microbiennes dans le sol afin d’optimiser des biofertilisants.

L’amélioration des procédés de traitement des eaux est un défi majeur afin de mieux protéger l’environnement et la santé humaine. Les potentiels des matériaux naturels comme les argiles à absorber les contaminants peuvent être utilisés pour améliorer le traitement des eaux usées ou des lixiviats. Les argiles sensibles (AS) de la Mer Champlain proviennent de l’érosion glaciaire des roches. Les AS peuvent échanger rapidement les cations de leurs structures avec les métaux dissous dans les eaux. Peu d’informations sont disponibles sur les capacités des AS à interagir et séquestrer des polluants ayant des propriétés variées. Cette recherche porte sur l’étude de la sorption et de la séquestration de contaminants tels que de métaux lourds (Cadmium et Cuivre), d’un perturbateur endocrinien (17β-estradiol), d’hydrocarbures aromatiques dimethylés (C2-anthracène, C2-phenanthrene), et d’un retardateur de flamme émergent (pentabromoethylbenzene) sur des AS. L’étude s’intéresse aussi à des paramètres physico-chimiques (ex.température , salinité) sur les capacités de sorption et désorption des AS. Nos résultats montrent que les AS absorbent rapidement plus de 90 % du Cu et Cd en solution. La constante de sorption (Kd) suggère une forte affinité des AS pour ces métaux. Les résultats des isothermes de sorption-désorption indiquent que la capacité des AS de piéger le Cd et le Cu est plus importante que celle de la montmorillonite, l’argile de référence.

Mots-clés :Argile contaminant sorption

Environ 13 millions de tonnes de plastique sont rejetées chaque année dans les écosystèmes aquatiques. Soumis aux processus d’altération physique ou chimique, les plastiques se fragmentent en plus petites particules appelées microplastiques (MP; < 5mm) qui sont susceptibles d’être ingérés par les organismes marins. De plus, les MPs contiennent des additifs (retardateurs de flamme, élastifiants…) ce qui constitue un risque pour les organismes exposés aux effets néfastes de ces polluants. Afin de connaître l’état écologique de l’océan vis-à-vis de cette pollution, il est important de caractériser les MPs et leurs additifs. Les études se sont multipliées au cours de la dernière décennie pour répondre à cette problématique. Alors que ces études se sont concentrées majoritairement sur les MPs échantillonnées sur les plages, ce projet vise à étudier les MPs échantillonnés dans l’eau de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent (EGSL). Les objectifs principaux du projet sont de déterminer la distribution et la composition des MPs ainsi que d’évaluer les concentrations des additifs dans les eaux de surface l’EGSL. Dans cette communication, nous présentons le contexte de l’étude et quelques résultats sur la caractérisation et la distribution des MPs dans l’EGSL.

L’impact sur l'environnement de la production et de la gestion des batteries montre que le développement de technologies de recyclage, tels que les procédés hydrométallurgiques sont nécessaires. Des analyses préliminaires ont montré que les piles alcalines contiennent jusqu'à 78% (p/p) de « blackmass » (BM), qui est un mélange de matériaux broyés provenant de l'anode et de la cathode. La BM contient principalement Mn₂O₃, Mn₃O₄, MnO₂, ZnO et KOH.

La première étape d’un procédé hydrométallurgique de recyclage de batteries est l'extraction des cations (K, Zn, Mn). Par une lixiviation neutre, on enlève la majorité du KOH. Après, presque tout le zinc (Zn) et un peu du manganèse (Mn) sont extraits lors d’une lixiviation acide. Finalement presque tout le Mn restant est récupéré lors d’une lixiviation acide-réductrice, grâce à l’effet d'un agent réducteur (H₂O₂). Ces deux dernières unités de lixiviation ont été réalisées sous 200 rpm et un ratio solide/liquide de 1/20. Trois acides, HNO₃, H₂SO₄ et HCl, ont été testés à trois concentrations (1M, 2M et 4M). L'effet de la température sur l'extraction du Zn et du Mn a été analysé, fixant la température à 25, 40 et 60 °C. La concentration des métaux dans les phases liquide et solide a été déterminée par spectrométrie à plasma à couplage inductif. Les résultats préliminaires montrent que l’utilisation de H₂SO₄ 2M à 25 °C représente la meilleure option coût-bénéfice pour extraire le Zn et le Mn.

L’antimoine (Sb) et le fer (Fe) sont des métaux très utilisés dans des alliages, notamment avec le plomb (Pb). On les retrouve dans des plaques d’accumulateurs plomb-acide, des alliages pour soudure, des semi-conducteurs et des revêtements avec d’autres métaux.

Il est bien connu que les métaux lourds tels que le Pb(Ⅱ), le Fe(Ⅱ) et le Sb(Ⅱ) sont toxiques pour les êtres humains et les organismes vivants en général, quand leur concentration dépasse les limites de tolérance. Ces métaux lourds peuvent entrer dans l’environnement par les rejets non traités des eaux usées provenant des industries. Il y a une diversité de technologies pour l’enlèvement des métaux lourds. Parmi eux, le plus flexible et utilisé est l’adsorption avec du charbon activé, mais ce matériel est couteux. Une option très prometteuse consiste à développer et valider des adsorbants simples, performants, respectueux de l’environnement et peu coûteux, tels que les bioadsorbants.

La présente étude consiste à utiliser des résidus agricoles comme bioadsorbants pour le contrôle des émissions des métaux lourds, plus spécifiquement les feuilles d'olivier. L’étude des principaux paramètres qu’influencent l’adsorption de ces métaux sur les feuilles d’olivier tel que pH, la température, le ratio masse adsorbant/volume de solution à traiter, le temps de contact et les concentrations initiales de ces métaux a été réalisé.

Mot clé : Bioadsorption, Adsorption, Feuilles d’olivier, Métaux lourds, Plomb, Fer, Antimoine.

Au Québec, l´étude de la vulnérabilité des prises d´eau potable (PEP) est exigée par le règlement. Toutefois, les PEP localisées dans un bassin versant urbanisé nécessitent une approche adaptée à la complexité de la structure municipale. Dans cette perspective, cette étude a pour objectif de développer un système d´indice global permettant d´évaluer semi-quantitativement le niveau de la vulnérabilité des PEP, au Québec. Par conséquent, une approche novatrice de délimitation des aires de protection des PEP est développée en portant une attention particulière aux sources de pollution ponctuelle, principalement les exutoires des bassins de drainage urbain, également les activités agricoles qui présentent des sources de pollution diffuse. Ensuite, en développant un système d´indexation et de normalisation des paramètres quantitatifs et qualitatifs associés à la qualité et la quantité des ressources en eau, le développement de 3 sous-indices de vulnérabilité est effectué: microbiologique, chimique et de pénurie de l´eau. Une procédure de combinaison linéaire des 3 sous-indices est utilisée pour développer l´indice de vulnérabilité global. L´application de cette méthodologie à 4 PEP de la rivière des Mille îles a permis de classifier leur niveau de vulnérabilité en 4 classes : faible, moyen, élevé et très élevé. Ce projet de recherche a un impact amenant à l´adaptation de la section III du règlement sur le prélèvement des eaux et leur protection.

En 2019, près de 260 établissements d’enseignement supérieur, dont Polytechnique Montréal et neuf autres universités québécoises, se sont unis afin de déclarer l’urgence climatique et de s’engager à atteindre la carboneutralité d’ici 2030, ou 2050 au plus tard.

Une organisation est considérée carboneutre lorsque le bilan annuel de ses émissions de gaz à effet de serre (GES) est nul. La carboneutralité s’atteint par la réduction des émissions, leur séquestration et leur compensation par l’achat de crédits carbone. Cependant, il existe une grande variabilité, parmi les institutions, dans les inclusions et exclusions de l’inventaire des émissions qu’elles rapportent, ainsi que de la portée même de leur engagement envers la carboneutralité.

Au Québec, la moitié des 10 universités engagées envers la carboneutralité n’en ont pas encore défini la portée; quatre d’entre elles y incluent les émissions de catégories 1 (émissions directes) et 2 (émissions indirectes, liées à l’électricité achetée) seulement; seule McGill y inclut également certaines émissions de la catégorie 3 (autres émissions indirectes).

Une revue des pratiques d’inventaire d’émissions de GES et des initiatives en matière d’atteinte de la carboneutralité dans le milieu universitaire québécois est présentée et accompagnée de comparatifs canadiens et internationaux. Quelques stratégies et solutions prometteuses pour le contexte de Polytechnique Montréal sont proposées.

Les nanoparticules d'or sont des bons catalyseurs hétérogènes, mais elles ont tendance à s'agréger et sont difficiles à manipuler. Afin de résoudre cette problématique, les nanoparticules Yolk-Shell, de configuration Au@vide@PDEAEMA ont été synthétisées (PDEAEMA est le poly (N,N- diéthylaminoéthyle méthacrylate)). En raison de sa structure spécifique, la coque en polymère empêche l'agrégation des nanoparticules d'or tout en laissant sa surface accessible aux réactifs. La vitesse de la réaction catalytique peut être davantage régulée en contrôlant la diffusion des molécules à travers la coque PDEAEMA CO₂-sensible par commutation de cette dernière entre un état hydrophile en bullant le CO₂, et un état hydrophobe en bullant le N₂. En plus, sous son état hydrophobe, les nanoparticules s’agglomèrent ce qui permet un recyclage facile. La synthèse de la coque de polymère a été réalisée par polymérisation par précipitation en utilisant des nanoparticules Au@SiO₂ comme matrice. Ensuite, une élimination sélective de la coque interne en silice produit la nanoparticule Yolk-Shell Au@vide@PDEAEMA. La forme et la taille des nanoparticules ont été caractérisés en MET, le comportement CO₂-sensible de la couche externe a été caractérisé par la spectrométrie UV-Vis, la zêtamétrie et la DLS. Une comparaison de l’efficacité catalytique sera faite entre les nanoparticules d’or, les nanoparticules Au@PDEAEMA, et les nanoparticules Yolk-Shell synthétisées, en utilisant une réaction modèle.

L’abaissement du point de congélation de systèmes aqueux binaires (comportant un soluté et un solvant) est bien documenté dans la littérature scientifique. Il est reconnu que pour de tels systèmes binaires, il existe une relation linéaire entre l’abaissement du point de congélation et la molalité de la solution ajustée par une constante cryoscopique (K_cong) et un facteur de van’t Hoff (i). Ce projet présente une nouvelle application de cette propriété colligative à des systèmes ternaires, composés d’un soluté et d’un solvant binaire. Nos résultats démontrent qu’une relation linéaire similaire existe entre l’abaissement du point de congélation de la solution et la molalité du soluté dans ce solvant binaire. La variation de cette nouvelle constante cryoscopique est également linéaire. Cette constante, K_cong, est directement proportionnelle à la fraction molaire des substances composantes les solvants binaires (méthanol/eau, 1-propanol/eau et monoethanolamine/eau). Bien qu’il ne soit pas possible de généraliser ces relations linéaires pour tous les systèmes ternaires, les résultats préliminaires de la présente étude démontrent qu’il est possible d’utiliser la théorie originale de cette propriété colligative pour des systèmes plus complexes. Les points forts et les limites de la méthode expérimentale seront également discutés.  

Le facteur de van’t Hoff, utilisé dans diverses propriétés colligatives, est représentatif de la capacité de dissociation d’un soluté en solution aqueuse. Il est présenté comme un facteur et non comme une constante étant donné sa variabilité en diverses concentrations de soluté. Pour les électrolytes, sa valeur doit être connue afin d’obtenir des résultats exacts de propriétés colligatives, tels que la température de congélation ou d’ébullition d’une solution ainsi que la pression osmotique d’une solution. Toutefois, il existe peu de littérature scientifique rapportant des facteurs de van’t Hoff pour une variété d’électrolytes à différentes concentrations. Les facteurs de van’t Hoff de 15 électrolytes à des concentrations de 0,010 à 0,100 M ont été obtenus expérimentalement et sont présentés dans la présente étude. Des observations sur différentes catégories d’électrolytes (ex. dissociations en deux ou trois ions) seront discutées. Le développement et l’évaluation de notre méthode expérimentale qui s’applique autant pour les électrolytes forts et faibles seront également discutés. Ces nouvelles valeurs fiables de facteurs de van’t Hoff pourront servir autant pour l’application des propriétés colligatives, que de référence pour les manuels de chimie et de biologie en éducation collégiale et universitaire.

Le 2-phényléthanol (2PE) est un alcool de fusel aux propriétés antiseptiques et organoleptiques. Il présente un arôme de roses et une saveur au miel. Il est utilisé dans la production des fragrances, des aliments ou des cosmétiques. Présentement, le 2PE est produit chimiquement, par voie des réactions de Friedel-Crafts, utilisant du benzène et des composés époxy comme matières premières. Ceci conduit à la formation des composés toxiques.

Il existe un besoin de produire du 2PE à partir de matières premières d’origine biologique et sans formation de sous-produits dangereux. L’utilisation des levures est une option prometteuse parce que certaines espèces transforment la L-phénylalanine (Lphe) par la voie d’Ehrlich en 2PE. De plus, le substrat peut être un résidu agroalimentaire, tel que du lactosérum.

L’objectif de la présente étude est de produire du 2PE en utilisant Kluyveromyces marxianus et Debaryomyces hansenii en coculture. Les levures ont été cultivées en présence de supports de perlite et anneaux kaldness (plastique) afin de les immobiliser. Les résultats préliminaires montrent que la concentration en lactose a diminué au cours des 24 premières heures et du 2PE et de l’éthanol ont été produits.

L’oxyde nitreux (N₂O) est le 3^ème gaz à effet de serre (GES) le plus important après le dioxyde de carbone (CO₂) et le méthane. Il est issu de l'agriculture et de la gestion des déchets. Le N₂O a un potentiel de réchauffement global 298 fois plus élevé que celui du CO₂ et le contrôle de ses émissions s’avère primordial. Afin d’optimiser rapidement les conditions opératoires lors de l’adsorption du N₂O sous des conditions de température et de pression ambiantes (TPA), la modélisation moléculaire peut être utilisée. Cette dernière permet d’étudier l’influence d’un nombre élevé de variables expérimentales sur la performance de divers procédés sans avoir recours à des plans expérimentaux complexes et dispendieux.

Les adsorbants de type Metal Organic Frameworks (MOFs) ont une capacité d’adsorption élevée des GES. Cependant, peu d’information sur l’utilisation de ces matériaux poreux pour l’adsorption du N₂O sous TPA sont disponibles. Dans cette étude, le Zeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8), qui fait partie de la famille des MOFs, a été choisi en raison de sa structure flexible, son hydrophobicité et son potentiel d’adsorption élevé. La simulation par dynamique moléculaire a été utilisée pour calculer l’adsorption du N₂O sur du ZIF-8. Le champ de force MM3, adapté pour les MOFs, est un ensemble de paramètres et d’équations permettant de simuler le procédé d’adsorption. Finalement, une méthode de calcul a été développée pour déterminer la capacité d’adsorption du N₂O sous TPA.

Les polymères dérivés de la biomasse lignocellulosique ont été signalés comme une alternative prometteuse aux polymères synthétiques dérivés des ressources fossiles non renouvelables. Plusieurs progrès ont été faits dans le domaine de la conversion de la lignocellulose en dérivés furaniques, offrant maintenant une grande variété de monomères et de polymères furaniques qui pourraient éventuellement remplacer les polymères traditionnels. Cependant, bien que les polydiacétylènes (PDAs) aient attiré grandement l'attention de la communauté scientifique pour des applications dans divers domaines en raison de leurs propriétés chromatiques et semi-conductrices uniques, il n'y a pas d'exemple connu dans la littérature d'un PDA biosourcé à base de furane.  Nous présentons ici la synthèse et l’analyse structurale par diffraction des rayons X (DRX) de monocristaux de diacétylènes (DA) à base de furane et de leur polymérisation topochimique conduisant à des monocristaux de PDAs furaniques. Nous espérons que ces résultats préliminaires sur la synthèse et la caractérisation structurale de cette nouvelle famille de polymères conjugués biosourcés stimuleront la communauté scientifique à poursuivre le développement de matériaux semi-conducteurs furaniques.

Référence: Crystals 2019, 9, 448 (https://www.mdpi.com/524058)

L’intermittence des ressources énergétiques durables représente un défi dans leur exploitation. La clef dans cette démarche réside dans la conversion de l’énergie électrique à l’énergie chimique et vice-versa. Une innovation pionnière dans le domaine est la pile Li-ion, reconnue pour le stockage d’une impressionnante quantité d’énergie par unité de masse. Ce projet est centralisé sur l’électrode positive des piles Li-ion, plus précisément le matériau actif LiFePO₄ et les fibres de carbones recyclées.

Le point de départ du projet consiste à parvenir à un état métastable du Li_xFePO₄ partiellement chargé afin de l’utiliser comme moteur pour le transport du Li⁺, ce type de structure étant nommé solution solide. Spontanément, le Li⁺ est transporté à même les canaux de la structure cristalline moyennant la formation de phases riches et pauvres en lithium détectées par diffraction des rayons X. Fait important, c’est par la comparaison des profils cinétiques du matériau conservé dans un gaz inerte vs dans un électrolyte conducteur d’ions qu’il est possible d’identifier une nouvelle voie de transport empruntée par le Li⁺, soit par diffusion à la surface de la particule. Par la compréhension du mécanisme fondamental du transport du Li⁺ dans la structure cristalline, la formulation de nouveaux matériaux d’électrodes à haute densité d’énergie peut être orientée et des matériaux recyclés peuvent contribuer à en faire des électrodes plus vertes.