Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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La canne à sucre est cultivée pour la production de sucre et d’électricité exportée sur le réseau. Actuellement, les taux de fibre de la canne dans les chargements livrés à l’usine augmente. L’objectif est de définir les conséquences de la réception de chargements contenant plus de fibres (lié aux variétés et au non canne) sur l’analyse de la canne et la performance du complexe sucrerie centrale thermique (production de sucre, de mélasse et d’électricité).La comparaison des méthodes d’analyses de la canne a permis de sélectionner la méthode Berding et Pollock comme méthode de référence pour l’analyse du sucre, de la matière sèche soluble et de la fibre.Une méthodologie d’analyse de la canne au laboratoire utilisant un broyeur et une presse est proposée Des relations sont établies pour calculer, en fonction des analyses effectuées sur le jus de presse et la bagasse, le débit horaire de canne, l’énergie nécessaire au broyage de la canne, le taux d’extraction du sucre dans le jus et le pouvoir calorifique de la bagasse. Ces mesures sont ensuite utilisées dans des bilans massique et énergétique de la sucrerie et de la centrale thermique. Ce bilan aboutit à la production de sucre cristallisable, de mélasse et d’électricité sur le réseau.Les résultats indiquent que par rapport à la R579, la variété fibreuse R585 produit 8% de sucre en moins et 51% d’électricité en plus alors que la R570 produit 3,9% de sucre en plus et 27% d’électricité supplémentaire. Par rapport à de la canne propre, une coupe de la canne entière entraine une diminution de la production de sucre de 16% et une augmentation de la production d’électricité de 21%. La coupe de canne avec feuilles entraine une baisse de 4% de la production de sucre et une augmentation de 12% de la production d’électricité. / Sugarcane is cultivated to produce sugar en electricity to the grind. Recently, the fibre content of cane delivered to the mill increase. Objective of this works is to determine the influence of cane delivered to the mill with more fibre (due to variety and trash) on cane analysis, sugar mills and energy plant complex performance (sugar, molasses and electricity production).Cane analysis method comparison show that Berding and Pollock method was the most appropriate for sugar, soluble dry matter and fibre in cane measurement.A laboratory cane analysis methodology using a grinder and a press is proposed. Relations are established to calculate according to juice and bagasse analysis, the cane capacity, energy for shredding cane, sugar extraction in juice and bagasse calorific value. Those analysis are used in mass and energy balance through the sugar and cogeneration plant. That balance conduct to crystallisable sugar, molasses and electricity exported.Results shows that compared to R579, the fibre variety R585 produce -8% of sugar and +51% of electricity, the R570 variety produce +3.9% of sugar and +27% of electricity. Compared to clean cane, whole crops harvesting decreased sugar (-16%) and electrical (-21%) production. Cane harvest with leaves conduct to a decrease of sugar (-4%) and increase of electrical (+12%) production.

Les émissions de gaz toxiques provenant de sources mobiles, tels que les oxydes d’azote (NOx) sont aujourd’hui soumises à réglementation celles-ci devenant de plus en plus strictes notamment dans le cadre de la norme Euro 6 qui sera en vigueur à l’échelle européenne à partir de 2014. Dans le cas de véhicules Diesel, de nombreux verrous scientifiques subsistent notamment pour éliminer simultanément les suies et les NOx en milieu globalement oxydant. Ce travail est consacré à la conversion sélective des NOx en N2 dans des compositions de mélanges gazeux représentatives des effluents gazeux en sortie de moteurs Diesel. Parmi les technologies envisagées, la réduction sélective des NOx en N2 par les hydrocarbures se singularise par sa simplicité à mettre en œuvre. De nouvelles familles de catalyseurs à base d’or dispersé sur l’alumine ont été mises en œuvre en remplacement du platine et palladium. L’étude de leur stabilité en milieu réactionnel à 500°C a permis de sélectionner différente méthodes de préparation par dépôt-précipitation (DP) et par échange ionique (AE). Typiquement, cette dernière méthode de préparation conduit à un domaine de conversion beaucoup plus étendu notamment après vieillissement à 500°C. Par ailleurs, la réduction des NOx est sensible aux tailles des particules les plus grosses semblant plus actives que les plus petites thermodynamiquement plus instables. Dans le contexte du post-traitement, où une recristallisation est souvent observée à haute température, ce dernier paramètre confère aux catalyseurs Au/Al2O3 un certain attrait pour un développement ultérieur. La seconde partie est consacré à la modification des catalyseurs Au/Al2O3 par ajout d’argent. Les méthodes co-précipitation et greffage montrent que les particules bimétalliques obtenues après activation thermique sous hydrogène sont peu actives. L’or et l’argent métalliques en interaction voient leurs propriétés électroniques perturbées ce qui a pour conséquence d’orienter la sélectivité en faveur des réactions d’oxydation des réducteurs par l’oxygène présent en grand excès. En revanche, l’imprégnation successive permet d’obtenir un gain substantiel en conversion des NOx lorsque Au et Ag préservent leur propriétés intrinsèques. Différents paramètres opératoires ont été examinés montrant l’intérêt de déposer Ag avant Au de façon à maintenir en surface un rapport atomique Au/Ag optimal. / Nowadays, emissions of atmospheric pollutants from mobile sources such as nitric oxides (NOx) are submitted to more stringent regulations especially within the next Euro 6 which will be implemented in Europe at the beginning of 2014. Up to now commercialized technologies available for the abatement of NOx from lean burn engine (running with a large excess of oxygen) are not capable to remove simultaneously NOx and particulates in lean atmosphere. This study is essentially focused on the NOx conversion to nitrogen via the Selective Catalytic Reduction by using hydrocarbons (HC-SCR) in representative Diesel exhaust gas conditions. This technology is more feasible than the Lean-NOx trap and Urea-SCR systems. Supported gold catalysts on alumina have been developped for the replacement of Pt and Pd less selective. Particular attention was paid to the thermal stability under reaction conditions at 500°C. Among the different synthesis protocols investigated (Deposition-precipitation, Anionic exchange), it was found that the anionic exchange method leads to the best compromise with a larger operating window after ageing. In addition, the reduction of NOx to nitrogen seems structure sensitive, the largest particles being more active than the smallest ones usually thermodynamically instable at high temperature. In this context, such behavior should be profitably used for further practical developments since post-combustion catalysts essentially run at rather high temperature. The second part of this study was dedicated to the modification of Au/Al2O3 catalysts after silver incorporation. Different strategies implemented for Ag incorporation have been examined. Coprecipitation and grafting lead to the formation of bimetallic particles with homogeneous distribution of gold and silver especially via the coprecipitation method. Strong interaction between Au and Ag with further modification of their electronic and adsorptive properties leads to strong deactivation. On the other hand, the segregation of both metals on alumina preserving their intrinsic properties improves the catalytic performances especially after ageing. The influence of different operating condition has been examined showing the best compromise when gold is successively impregnated on Ag/Al2O3.

La production d’électricité photovoltaïque a connu une forte croissance ces dernières années, mais présente encore des coûts de production élevés comparés aux autres sources d’énergie. Le silicium monocristallin est fréquemment utilisé comme couche active dans les cellules photovoltaïques, et la matière première silicium représente une part importante du prix final de la cellule. La couche de silicium est classiquement obtenue par sciage d’un lingot, entraînant une perte de matière première de l’épaisseur du trait de scie. Une technique innovante de détachement des films minces de silicium consiste à implanter de l’hydrogène à haute énergie dans le silicium puis à appliquer un traitement thermique pour détacher la couche de silicium implantée. Les pertes dues au trait de scie sont ainsi éliminées. Ce type de procédé est couramment utilisé en microélectronique avec des énergies de quelques centaines de keV pour le report de couches minces d’un substrat à un autre. Ce travail de thèse est l’un des premiers à étudier l’extension de ce procédé à des énergies comprises entre 1 et 3 MeV pour le détachement de films de 15 à 100 μm d’épaisseur. L’efficacité du détachement dépend fortement de l’orientation du silicium utilisé. Les caractérisations réalisées après implantation et à différents stades du traitement thermique permettent de mieux comprendre le mécanisme du détachement et de proposer un modèle théorique expliquant les différences d’efficacité du détachement constatées en fonction de l’orientation du silicium. Des essais exploratoires suggèrent plusieurs pistes pour l’optimisation des conditions d’implantation et de fracture, dans le but d’améliorer l’efficacité du détachement. / Photovoltaic power generation strongly increased in the last decades, but the cost of PV-generated electricity must be further reduced to be competitive. Monocrystalline silicon is widely used as the active layer, and silicon raw materials account for a large percentage of the price of PV-cells. Ingot sawing is commonly used to separate silicon layer, resulting in significant kerf-loss. An innovative kerf-free technique to separate a thin silicon layer consists of high energy implantation of hydrogen in silicon and subsequent annealing. Such a process is commonly used in the field of microelectronics to transfer thin layers from a substrate to another and involves low implantation energy from a few ten to few hundred of keV. In this work, we propose to extend this process to higher energy in the range 1-3 MeV, in order to separate free-standing layer with thickness in the range 15-100μm. Separation efficiency strongly depends on silicon orientation. Characterizations of implanted silicon were performed after implantation and at several stages of the heat treatment to investigate the separation mechanisms. A theoretical model was proposed to explain the effect of silicon orientation on the separation efficiency. Optimizations of implantation conditions and heat treatment parameters are also suggested in order to improve the yield of the separation process.

Le début de ce siècle a été marqué par un regain d’intérêt pour le développement des biocarburants. L’engagement de la communauté internationale pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre, les préoccupations énergétiques et les débouchés agricoles, ont été les principales raisons qui ont motivé ce développement. Dès lors, la production et la consommation de biocarburants ont considérablement augmenté et ont pris une dimension internationale. L’ampleur du phénomène a suscité des préoccupations d’ordres économique, agricole et environnemental. L’objet de la thèse est d’étudier l’ensemble des implications liées au développement des biocarburants – c’est-à-dire économiques, agricoles et environnementales ¬– et de les inscrire dans le contexte économique mondial.Afin de favoriser les biocarburants face à leurs équivalents fossiles, d’importantes mesures de soutien à l’ensemble des filières des biocarburants ont été instaurées dans les différentes régions du monde. Afin d’étudier la portée de ces politiques, nous avons fait une étude comparative entre les mesures des principaux acteurs (Brésil, Union européenne et Etats-Unis) et des nouveaux acteurs des marchés internationaux. Outre la comparaison des performances économiques et environnementales, nous avons analysé l’influence des politiques de soutien des principaux acteurs sur l’orientation des politiques des nouveaux acteurs engagés dans la production des biocarburants (ou de matières premières).Le second axe de la thèse porte sur les implications agricoles du développement des biocarburants. En effet, de nombreux évènements ont marqué les marchés agricoles mondiaux ces vingt dernières années : le changement d’habitudes alimentaires des pays en développement, la rareté des terres agricoles dans les régions historiquement productrices et exportatrices, les catastrophes naturelles, …, constituent un défi pour les besoins alimentaires futurs. Dans ce contexte, l’avènement des biocarburants représente incontestablement un facteur additionnel aux tensions déjà existantes sur les marchés agricoles mondiaux. En plus d’accroitre la tension sur les prix, le développement des biocarburants participe à la réorganisation de l’architecture de l’agriculture mondiale en faveur des pays en développement.Le dernier axe porte sur les impacts environnementaux des biocarburants. L’internationalisation (de manière directe et/ou indirecte) de la production des biocarburants donnent une nouvelle dimension aux implications environnementales des biocarburants. Notre approche consiste à étudier les impacts environnementaux des biocarburants en séparant les étapes de production de matières premières, de celles de transformation et de consommation. Les résultats montrent que les pays en développement s’exposent à des risques environnementaux élevés. Afin d’éviter ces risques, le développement des biocarburants doit se soumettre à certaines conditions qui permettront d’atteindre une viabilité socio-économique et environnementale. / The beginning of this century was marked by a renewed interest in the development of biofuels. The commitment of the international community to reduce greenhouse gas emissions, energy concerns and agricultural markets were the main reasons for this development. Therefore, the production and consumption of biofuels have increased dramatically and took on an international dimension. This phenomenon magnitude has caused agricultural, environmental and economical concerns. The purpose of the thesis is to study all the implications of the development of biofuels - that is to say, economical, agricultural and environmental - in the context of the global economy. To promote biofuels as opposite to their fossil equivalents, important measures to support all sectors of biofuels have been established in different parts of the world. To study the impact of these policies, we conducted a comparative study between the measurements of the main players (Brazil, European Union and United States) and new actors in international markets. In addition to comparing the economic and environmental performance, we analyzed the influence of political support of key players on the political orientation of new actors involved in the production of biofuels (or raw materials). The second axis of the thesis focuses on the agricultural implications of biofuel development. Indeed, many events have marked the global agricultural markets over the past twenty years: the change in eating habits in developing countries, the scarcity of farmland in the historically producing and exporting regions, natural disasters... is a challenge for future food needs. In this context, the advent of biofuels is certainly an additional factor to existing tensions in global agricultural markets. In addition to increasing the pressure on prices, the development of biofuels contributes to the reorganization of the architecture of global agriculture in favor of developing countries. The last axis addresses the environmental impacts of biofuels. Internationalization (direct and / or indirect) of biofuels production gives a new dimension to the environmental implications of biofuels. Our approach is to study the environmental impacts of biofuels by separating the stages of production of raw materials, those of processing and of consumption. The results show that developing countries are exposed to high environmental risks. To mitigate these risks, the development of biofuels should be subject to certain conditions that will achieve a socio-economical and environmental sustainability.

L’alimentation séquentielle (AS) consiste à distribuer de manière cyclique deux aliments différents dont la combinaison permet des apports nutritionnels adaptés. L’objectif de la thèse était d’évaluer la robustesse et les limites de ce système. Trois expérimentations ont étéréalisées. Les questions portaient sur la variation de la composition en matières premières des régimes, la capacité d’adaptation des poules à des situations de déséquilibre alimentaire et de stress thermique et enfin la modulation au cours de la journée des apports en énergie et en protéines. Un travail de méta-analyse apportait des réponses sur la régulation de l’ingestion chez les poules pondeuses ainsi que sur l’impact de la nature des ingérés sur les performances de ponte et de croissance. Les expérimentations (Ex.1, 2, 3) ont permis de mettre en évidence la possibilité de distribuer d’autres céréales (blé et/ou maïs broyé, fibres insolubles) à la place du blé entier distribué dans la fraction du matin. L’ingestion totale inférieure par rapport à une alimentation continue (Ex. 1 et 2) et un niveau de production équivalent permettent d’améliorer l’IC des poules en AS par rapport à des poules alimentée de façon classique. Les poules semblent capables de réguler leur ingestion sur le niveau d’énergie de l’aliment mais pas sur son niveau de protéines dans les conditions étudiées (méta-analyse, Ex. 2). Cependant, les apports en énergie doivent se concentrer dans la fraction du matin afin d’obtenir les meilleures performances en AS tandis que les apports protéiques doivent soit être concentrés dans la fraction de l’après midi soit continus au cours de la journée (Ex. 3). Ces connaissances sur l’AS doivent encore être complétées afin de pouvoir utiliser ce système d’alimentation en élevage néanmoins l’AS est prometteur en terme d’économies de ressources. / Sequential feeding (SF) consists in splitting the nutrients into two different diets. The goal of this thesis was to explore the limits of this feeding system. Three experiments were performed. The major questions go on utilization of other feedstuffs, capacity of hens to adapt their feed intake on unbalanced diet and hot temperatures and responses to modulation of energy and protein supplies. A meta-analysis gave responses on the regulation of feed intake and the impact on nutrient intake on laying and growth performances in laying hens. Experiments (Ex.1, 2, 3) shown off the possibility to substitute whole wheat with other cereals or feedstuffs (ground wheat and/or corn, insoluble fiber) in the morning fraction. Lower total feed intake in SF compared to continuous feeding (Ex. 1 et 2) and same laying performances improved the FCR. Laying hens were able to fit their feed intake on energy in the diet but not on protein content (meta-analysis, Ex. 2). Nevertheless, energy supplies had to be given in the morning fraction while protein could be given concentrate in the afternoon or throughout the day (Ex. 3). Knowledge on SF has to be completed in order to use this feeding system in commercial conditions. SF can help sparing resources and improve the on farm economical efficiency.

Les travaux effectués au cours de cette thèse ont été réalisés dans le cadre du développement d'une plateforme d'irradiation protons dédiée aux études en radiobiologie (Radiograaff) à partir de l'accélérateur Van de Graaff 4 MV de l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon. Ceci, grâce à une collaboration étroite et interdisciplinaire entre les physiciens et ingénieurs de l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL) et des biologistes du Laboratoire de Radiobiologie Cellulaire et Moléculaire (LRCM) du CHU de Lyon Sud. Afin de présenter le développement de la plateforme Radiograaff, ce manuscrit se découpera en trois chapitres. Le premier chapitre présente les fondements de l'hadronthérapie et le contexte scientifique du projet. Nous traiterons, dans une première partie, de l'interaction ions-matière vivante afin de mieux cerner les concepts théoriques associés à l'hadronthérapie. Et nous présenterons, dans un second temps, les intérêts scientifiques et les objectifs du projet Radiograaff. Le deuxième chapitre concernera les développements instrumentaux de la ligne d'irradiation. Après avoir discuté du mode de délivrance et d'extraction du faisceau ainsi que des méthodes de simulation que nous avons employées pour le dimensionnement théorique la ligne d'irradiation, nous présenterons le système de contrôle de la dosimétrie. Le chapitre 2 sera conclu par les résultats de l'évaluation et de la qualification de la plateforme. Enfin, dans le troisième chapitre, après une brève présentation de quelques aspects de biologie et de radiobiologie, nous présenterons les premiers résultats obtenus concernant l'efficacité biologique relative des protons délivrés par la plateforme Radiograaff. Nous discuterons des protocoles, des conditions expérimentales ainsi que des méthodes d'analyse des résultats / The work done in this thesis has been made in the development of a proton irradiation platform dedicated for radiobiological studies from the 4 MV Van de Graaff accelerator of the Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL). These developments have been made through a close interdisciplinary collaboration between physicists and engineers from IPNL and biologists from the Laboratoire de Radiobiologie Cellulaire et Moléculaire (LRCM, CHU Lyon Sud). To present the development of Radiograaff platform, this manuscript will split into three chapters. The first chapter introduces the basics of hadrontherapy and the scientific context of the project. In the first part of this chapter, we present the interactions between ion and matter in order to better understand the theoretical concepts associated with the hadrons. Then, we present the scientific interests and objectives of the Radiograaff project. The second chapter concerns the instrumental developments of the beam line. After discussing the delivery mode and beam extraction in air and simulation methods that we used to design the theoretical line radiation, we present the dosimetric monitoring system. The chapter 2 is concluded by the results of the evaluation and qualification of the platform. Finally, in the third chapter, after a brief presentation of some aspects of biology and radiobiology, we present the first results on the relative biological effectiveness of protons delivered by the Radiograaff platform. We discuss the protocols, experimental conditions and methods for analysing results

Cette thèse présente les premiers travaux réalisés autour d’un nouveau dispositif expérimental de piégeage d’atomes individuels utilisant une unique lentille asphérique de grande ouverture numérique. Au cours de cette thèse, nous avons testé les propriétés optiques de la lentille et démontré la formation d’un col laser de 1 µm ainsi qu’un champ transverse sur lequel la lentille est limitée par diffraction de plus ou moins 25 µm. Après avoir démontré la capacité de ce système à piéger des atomes uniques, les caractérisations usuelles des conditions de piégeage ont été conduites: durée de vie, taux de chauffage, polarisation de la lumière de fluorescence, fréquences d’oscillations. Cette thèse s’est intéressée spécifiquement à la distribution d’énergie des atomes uniques piégés. La technique de lâcher et recapture combinée à une étude spectroscopique de l’occupation du piège par les atomes a conduit à la vérification du caractère thermique de la distribution d’énergie des atomes. Par un refroidissement laser combiné à un refroidissement adiabatique, une température minimale de 1,75 µK sans pertes d’atomes est obtenue avec un niveau vibrationnel moyen occupé égal à 4. Ces résultats sont très encourageants dans le contexte de l’information quantique où la température est souvent la principale limite physique à la durée de vie des cohérences d’un bit quantique. La dernière partie de cette thèse revient sur la problématique de la manipulation spatiale d’atomes uniques. Envisagé dans le cadre de la réalisation d’un calculateur quantique, le transfert d’un bit quantique et son déplacement dans l’espace sur une échelle compatible avec les caractéristiques d’un calculateur sont successivement étudiés. Ces travaux ont montré que ni l’état externe des atomes (au travers de leur température) ni leur état interne (à travers la durée de vie des cohérences d’un bit quantique) sont affectés par ce type de manipulations. / This thesis presents the early work done on a new setup that we have developped for trapping single atoms in an optical tweezer using only one diffraction limited large numerical aperture aspheric lens. Together with an experimental optical measurement of a 1µm laser beam waist created by such an aspheric lens, we showed that the diffraction limited transverse field of the lens is about plus or minus 25 µm. The ability of this new setup to trap single atoms is demonstrated and some crucial parameters are then determined : survival time in the dark, heating rate, fluorescence light polarisation, oscillation frequencies. During this PhD, we did focus our attention especially on determining the energy distribution of the single trapped atoms. A release and recapture technique along with the spectroscopic study of the energy levels occupation helped us show a termal behavior of a succession of single atoms in an optical twezer. By using common laser cooling techniques associated with adiabatic down ramping cooling, we showed that a reduction by a factor 100 of the mean energy corresponding to a mean vibrationnal energy level of about 4 and a minimum temperature of 1,75 µK. Spatial manipulation of single atoms and qubits was also studied. Using a tip-tilt platform, a second trap is set on the experiment and the transfer from one trap to the other, as well as the displacement of one trap with help of the platform, are experimentally studied. Both the temperature of the atoms and the qubit lifetime are showed to be insensitive to these manipulations.