Le pétrole est une source de matière première importante pour la synthèse de milliers de composés organiques, mais il n’est pas renouvelable. L’industrie des revêtements est très dépendante des ressources fossiles. Par ailleurs, l’industrie forestière connaît une crise depuis plusieurs années. Donc, substituer les produits issus des ressources fossiles par des produits du bois à valeur ajoutée pourrait pallier à ces problèmes environnementaux et économiques. En effet, l’objectif de notre recherche est de développer et améliorer un polymère qui serait issu de la biomasse, en particulier pour l’industrie des revêtements. Il vise également à mettre en valeur les produits du bois par l’utilisation des composés peu exploités qui se retrouvent dans les résidus comme l’écorce. La bétuline est un extractible principalement isolé de l’écorce du bouleau blanc. Elle possède une structure moléculaire rigide et trois fonctions réactives qui peuvent être modifiées à des fins d’utilisation dans la synthèse de polymère. L’huile de soya est une huile végétale qui est de plus en plus utilisée pour développer de nouveaux revêtements à cause de ses nombreuses insaturations qui peuvent subir des modifications et ses propriétés particulières comme sa siccativité moyenne et sa faible viscosité. Cependant, les huiles végétales sont souvent moins performantes que leurs homologues synthétiques issus des ressources fossiles. Pour améliorer leurs propriétés, elles sont souvent modifiées dans leur structure, par exemple en leur greffant des fonctions acrylates. De plus, il est possible d’améliorer certaines de leurs propriétés par l’entremise de comonomères ou d’agents de renfort. La cellulose nanocristalline (CNC) est un matériau provenant également de la biomasse et qui a du potentiel pour l’amélioration de certaines propriétés d’un revêtement. Cependant, elle est difficilement compatible avec des matrices apolaires comme les acrylates. Il est possible de modifier la CNC afin de la rendre plus compatible avec les matrices acrylates. Donc, la première idée est de joindre l’huile de soya acrylée (AESO) avec un comonomère issu de la bétuline. Pour ce faire, la bétuline a été acrylée. Pour s’assurer de l’obtention du bon produit les spectroscopies FTIR et RMN ont été employées. Aussi, des analyses par GC-MS ont été effectuées, afin de vérifier si la bétuline est majoritairement mono ou diacrylée. Ensuite, pour vérifier son effet comme comonomère sur la polymérisation et pour analyser la stabilité thermique du polymère ; les méthodes d’analyse par photo-DSC et par TGA ont été utilisées respectivement. De plus, les propriétés optiques ont été mesurées, soit la transparence et la couleur, afin d’examiner l’impact d’un tel ajout sur l’apparence du film de polymère. Enfin, pour évaluer les performances de ce nouveau polymère comme revêtement potentiel, différentes analyses ont été effectuées pour vérifier la dureté du film, sa résistance à l’abrasion et sa résistance à la traction. Dans un second plan, la CNC a été utilisée sous deux formes modifiées (par HDTMA et par un acrylate) comme agent de renfort avec la matrice d’AESO. De cette façon, certaines propriétés ont été modifiées. Pour vérifier l’effet des CNC modifiées dans le nouveau nanocomposite, plusieurs tests et analyses ont été effectués. Par exemple, pour étudier le changement des propriétés mécaniques, des mesures de traction et de nanoindentation ont été effectuées. Enfin, pour évaluer les performances de ce nouveau composite comme revêtement potentiel, différentes analyses ont été effectuées pour vérifier la dureté du film, sa température de transition vitreuse (Tg), sa stabilité thermique, son taux de polymérisation, sa rugosité et sa transparence. / Crude oil and its derivatives are used to synthesize thousands of organic compounds, but they are non-renewable and harmful to the environment. The coating industry is dependent on fossil fuels. Besides, the forest industry has faced a crisis during the past several years. Then, the substitution of fossil fuels by value added wood products could solve these environmental and economic issues. In fact, the main objective of this study is to develop and improve a polymer from biomass, more specifically for the coating industry. In addition, it aims to promote the use of underutilized materials in wood, like bark. Betulin is a triterpenoid extracted from white birch. Its interesting molecular structure can be modified for use within polymer synthesis. Soybean oil, a vegetable oil, is increasingly used to develop new coating because of its interesting properties. However, vegetable oils are less efficient than the ones from fossil fuels. To enhance theirs properties, vegetable oils are often modified, for example by grafting acrylate functionalities. Moreover, the use of a comonomer or a reinforcing agent can enhance some of the vegetable oil properties. Cellulose nanocrystals (CNC) is a material from biomass which has potential to improve coating properties. However, CNC has low compatibility with non-polar polymer matrices, like acrylates, but can be modified to improve its compatibility. First, the idea is to combine acrylated epoxidized soybean oil (AESO) with a comonomer from betulin. To obtain a compatible comonomer with the AESO matrix, betulin has been acrylated. FTIR and NMR spectroscopy analyses have been used to characterize and confirm the modification of betulin. Also, GC-MS analysis has been done to verify if betulin was mainly mono or diacrylated. Then, to verify the effects of the comonomer on the curing behavior and thermal stability of AESO matrix, photo-DSC and TGA analyses have been used respectively. Moreover, optical properties (transparency and color measurements) have been measured to verify the impact of the comonomer on the appearance of the coating film. Finally, to evaluate the performance of the new polymer to be used as a coating, various tests have been performed, like abrasion resistance, hardness and tensile tests. Secondly, two different modified CNC (HDTMA-CNC and acrylated CNC) have been used as reinforcing agent with AESO matrix. To verify the impact of the CNC on the mechanical properties of the new nanocomposites, tensile test and nanoindentation technique have been used. Lastly, to evaluate the performance of the new composites, various tests and analyses have been performed, like hardness test; thermal stability; curing behavior; surface roughness; transparency and glass transition measurements.

Des 3 500 000 tonnes métriques anhydres (TMA) d’écorces produites en 2004 par l’industrie forestière au Québec, 96 000 (soit 2,7% de la masse totale des écorces produites la même année) étaient celles de bouleau blanc. Ces écorces sont en grande partie utilisées dans la production d’énergie alors qu’elles généreraient plus de gains si elles étaient utilisées pour la fabrication de panneaux agglomérés. L’objectif de ce projet de recherche est de mettre sur pied des stratégies permettant d’utiliser efficacement les particules d’écorce de bouleau pour fabriquer différents types de panneaux de masse volumique moyenne qui satisfont les exigences de la norme des panneaux conventionnels. Les essais préliminaires ont laissé entrevoir qu’il était difficile de fabriquer les panneaux de masse volumique moyenne exclusivement à base de ces particules d’écorce, à cause de leur faible taux de cellulose, surtout dans les particules d’écorce externe qui ne fait pas d’elles une matière structurale comme le bois. En outre, la forme granuleuse de la partie interne de cette écorce ne favorise pas l’effet d’entrelacement qui contribue fortement à l’amélioration des propriétés de flexion des panneaux. Également, la forte concentration des subérines dans la partie externe de cette écorce la rend très hydrophobe et sa surface est comme celle du téflon, c'est-à-dire, très difficile à mouiller. Les parties externe et interne de cette écorce ont des propriétés différentes, et pour pallier ces difficultés, la solution idéale consistait à concevoir des panneaux mixtes où ces particules d’écorce seraient renforcées avec les particules, les fibres et les lamelles de bois. Le premier type de panneau mis sur pied est fait d’un mélange de fibres de bois et de particules d’écorce interne de bouleau blanc dans la couche médiane et de fibres de bois dans les couches couvrantes. Le pourcentage de fibres de bois (deux niveaux) et le pourcentage de fibres de bois ajoutées aux particules d’écorce interne de la couche médiane (trois niveaux) constituaient les deux facteurs du dispositif utilisé pour la fabrication de ce type de panneaux. Les panneaux fabriqués ont tous eu des propriétés mécaniques qui rencontraient les exigences de la norme, le panneau avec 25% de fibres de bois dans les couches couvrantes et 9% de fibres de bois ajoutées aux particules d’écorce de la couche médiane ont eu les meilleurs propriétés mécaniques alors que le panneau le plus stable dimensionnellement est celui avec 22% de fibres de bois dans les couches couvrantes et 5% de fibres de bois mélangées aux particules d’écorce de la couche médiane. Quant au second type de panneau, il est constitué de particules d’écorce externe de bouleau blanc dans les couches couvrantes et respectivement de particules et de fibres de bois dans la couche médiane. Les deux facteurs intervenant dans sa fabrication sont le type de matériel dans la couche médiane (particules de bois versus fibres de bois) et le pourcentage de particules d’écorce dans les couches couvrantes. La méthode d’analyse statistique utilisée a permis de sélectionner le panneau avec 45% de particules d’écorce externe de bouleau dans les couches couvrantes et les particules de bois dans la couche médiane comme le meilleur du groupe, surtout en se basant sur le critère de la stabilité dimensionnelle mesurée par la dilatation linéaire. Le troisième type de panneau est un panneau sous-plancher de 8 mm d’épaisseur et densifié à 800 kg/m3. Il est constitué de particules d’écorce externe de bouleau dans les couches couvrantes et de particules de bois dans la couche médiane. Les deux facteurs utilisés pour sa conception sont : le pourcentage de la résine phénol-formaldéhyde (PF) utilisée pour encoller les particules d’écorce des couches couvrantes (trois niveaux de pourcentage) et le traitement des particules d’écorce utilisées (écorce non traitée à la soude versus écorce traitée à la soude). Les particules d’écorce sont traitées afin de mettre en évidence leur impact sur les propriétés des panneaux produits. Le traitement à la soude a diminué les propriétés des panneaux produits en affaiblissant les structures de l’écorce externe de bouleau. Le meilleur panneau du groupe est celui dont les particules d’écorce externe de bouleau non traitées à la soude sont encollées avec le plus bas pourcentage de résine PF. Le dernier type de panneau concerne un panneau mixte avec les particules d’écorce externe de bouleau blanc au centre et les lamelles de bois dans les couches couvrantes. Deux facteurs sont utilisés dans sa mise en place : l’orientation des lamelles dans les couches couvrantes (orientées versus non orientées) et le type de matériel dans la couche médiane (écorce non traitée à la soude, écorce non traitée à la soude plus 10% de fibres de bois, écorce traitée à la soude). Le traitement à la soude n’a pas produit les effets escomptés (amélioration des propriétés mécaniques). L’analyse statistique utilisée dans un plan factoriel en blocs complets a permis de déterminer le meilleur panneau comme étant celui avec les particules d’écorce non traitées à la soude et sans ajout de fibres de bois. La méthode mise sur pied pour les fabrications des quatre types de panneaux mixtes susmentionnés permet de valoriser plus de 50% (par rapport à la masse anhydre totale des particules utilisées pour fabriquer le panneau) de particules d’écorce de bouleau blanc par panneau fabriqué, ce qui conforte l’idée d’employer de façon judicieuse cette écorce comme source alternative d’approvisionnement en matière première pour les usines de panneaux. / In the year 2004 alone, 96 000 dry metric tons (DMT) of white birch bark were produced by forest industries in Quebec. This constituted approximately 2.7% of total bark production for the region. These barks which are mostly used for energy production would have generated more benefits had they been used for agglomerated panels manufacture. The objective of this research project was to set up strategies which will make possible to effectively use bark particles of white birch, for the manufacture of various types of medium density panels that meet the standard requirements of particleboards. The preliminary tests revealed that, it was difficult to manufacture medium density panels based on bark particles exclusively, due to the following disadvantages. (1): their low cellulose content, especially on the outer bark particles, does not make them a structural material like wood; (2): the granular form of the inner bark does not contribute to the interlacing effects, which strongly contribute to the improvement of panels bending properties; (3): the high concentration of suberins on the outer bark makes it very hydrophobic with a surface similar to teflon which is very difficult to wet; and (4): the outer and inner parts barks have different properties. In the face of such difficulties, the ideal solution consisted in designing mixed panels where these bark particles will be reinforced with wood particles, wood fibres and wood strands. The first panel type was set up - a mixed panel with wood fibres in the surface layers, and a mixture of wood fibres and inner bark particles of white birch in the core layer. The percentage of wood fibres (two levels) and the percentage of wood fibres added to the inner bark particles in the core layer (three levels) were the two panels manufacturing factors. All manufactured panels fulfilled the standard requirements for all mechanical properties. Panel with 25% wood fibres in the surface layers and 9% wood fibres mixed with bark particles in the core layer had the best mechanical properties, while panel with 22% wood fibres in the surface layers and 5% wood fibres mixed with bark particles in the core layer was the most dimensionally stable. The second panel type is composed of outer bark particles of white birch in the surface layers and wood material in the core layer. The two manufacturing factors were: the type of wood material in the core layer (wood particles versus wood fibres) and the percentage of outer bark particles in the surface layers. The statistical analysis method used made possible to select the panel with 45% outer bark particles of white birch in the surface layers and wood particles in the core layer as the best, especially by taking into account the dimensional stability criterion based on linear expansion measurement. The third panel type was a sub-flooring panel with a thickness of 8 mm and a density of 800 kg/m3. It was composed of outer bark particles in the surface layers and wood particles in the core layer. The two factors used for its experimental design were: the percentage of phenol-formaldehyde resin (PF) used to bond bark particles of surface layers (three levels of percentage) and the treatment of bark particles used (untreated bark versus bark treated with soda). The bark particles were treated in order to highlight their impact on the properties of manufactured panels. The alkali treatment lowered the properties of manufactured panels because soda treatment weakened the structures of outer bark particles of white birch used. The best panel was that with untreated outer bark particles of white birch, bonded with the lowest percentage of PF (5%). The last panel type was a mixed panel with outer bark particles of white birch in the core layer and wood strands in the surface layers. Two factors were used in its setting-up: the orientation of strands in the surface layers (oriented versus not non oriented) and the type of material in core layer (untreated bark particles, a mix of untreated bark particle and 10% wood fibres, bark particle treated with soda). The alkali treatment did not produce the expected effects (improvement of panels’ mechanical properties). The statistical analysis used in a factorial design in complete blocks made possible to choose the panel with untreated outer bark particles without wood fibres addition as the best. The method used to manufacture the above-mentioned mixed panels permitted to add higher proportion of white birch bark particles in each manufactured panel. The result of the present research project demonstrates that, bark particles of white birch, could be an alternative source of raw material supply for wood-based composite mills.

Dans le registre des enjeux environnementaux contemporains, les questions énergétiques se classent aisément en tête de liste. Le secteur forestier est appelé à augmenter sa contribution au bilan énergétique québécois dans le répertoire des énergies renouvelables. En effet, le contexte économique actuel, la croissance générale de la demande énergétique, la volonté d'abandonner graduellement les combustibles fossiles et de nombreuses considérations environnementales soutiennent ce constat. La biomasse permet, entre autres, de limiter les émissions de gaz à effet de serre et d'agir comme outil de développement économique régional. Récemment, le gouvernement du Québec, par l'entremise de diverses actions, a mis de l'avant des politiques et des programmes afin de supporter le déploiement de la filière bois-énergie. Or, selon la littérature consultée, il manque actuellement des connaissances et des articulations entre plusieurs aspects de la filière afin d'en assurer le succès. De plus, les mesures potentiellement envisageables visant à stimuler de nouveaux marchés liés à l'utilisation de la biomasse semblent peu développées. En s'appuyant sur des enjeux environnementaux, sociaux et économiques, ce projet de recherche a pour objectif d'identifier et d'articuler les déterminants d'une politique sur l'utilisation de la biomasse forestière à des fins énergétiques afin d'éclairer les décideurs gouvernementaux au Québec. La démarche passe par la détermination des facteurs incitatifs et limitatifs à la mise en oeuvre et au développement du marché des bioénergies au Québec. La démarche appliquée, de type recherche inductive, aborde cinq grandes thématiques soit les facteurs: économiques; techniques; environnementaux; sociaux et d'acceptabilité sociale; ainsi que politiques et institutionnels de la filière. Il s'agit d'une approche exploratoire utilisant des méthodes qualitatives. Elle a permis de construire, à partir du point de vue des acteurs, un état des lieux donnant un panorama de la situation au Québec. Ce panorama sera analysé pour en tirer les grands déterminants à considérer pour guider les politiques dans ce champ d'activités ou pour identifier des domaines nécessitant plus d'investigation.

Chaque année au Québec, entre 22 et 24 millions de mètres cubiques de bois résineux sont transformés, principalement de l'épinette noire et blanche, du sapin baumier et du pin gris. L'épinette noire, espèce emblématique de la forêt boréale d'Amérique, a longtemps été à la base de l'industrie forestière et papetière du Québec. Aujourd'hui moins vitale à l'approvisionnement des papetières, elle est surtout appréciée dans l'industrie du bois d'œuvre et du bois d'ingénierie. La production de planches et de poutres de bois génère une quantité appréciable de résidus, dont des copeaux et des sciures, le plus souvent valorisés dans l'industrie du papier, du carton, des panneaux, des granules et de la bioénergie. Les hémicelluloses contenues dans le bois sont des composés hygroscopiques et très peu calorifiques, qui possèdent peu de valeur dans le contexte de la valorisation conventionnelle des résidus de bois. À partir des résidus de bois d'épinette, il est possible d'extraire des hémicelluloses de type galactoglucomannanes, avec des proportions variables de pectines, dexylanes et d'arabinogalactanes, en utilisant des procédés d'extraction à l'eau chaude pressurisée. Ces composés naturels presque entièrement constitués d'hexoses et de pentoses peuvent ensuite être valorisés dans la filière énergétique ou alimentaire alors que les sciures ou copeaux traités à l'eau peuvent être remis en circulation dans les industries existantes ou émergeantes de transformation des produits forestiers. La première partie de cette recherche présente une brève recherche de littérature sur les procédés d'extraction aqueux des hémicelluloses du bois, les procédés permettant leur isolement et les applications nouvelles de ces composés dans les secteurs nutraceutique et alimentaire, deux domaines d'application à haute valeur ajoutée. Sont ensuite présentés les paramètres d'un procédé à l'eau chaude, développé dans le cadre de ce projet de maîtrise, permettant la récupération d'hémicelluloses solubles de haut poids moléculaire chez Picea mariana, et son efficacité lorsque appliqué sur des résidus de taille moyenne, fine et très fine (≤ 4,0 mm, ≤ 0,6 mm et ≤ 0,2 mm d'épaisseur). Dans un deuxième temps, les caractéristiques de la fraction de haut poids moléculaire sont présentées et discutées, ainsi que l'analyse de sa fermentescibilité in vitro dans le but d'une application dans le domaine alimentaire. L'analyse de fermentescibilité in vitro des hémicelluloses solubles de haut poids moléculaire (HSHPM) extraites de Picea mariana, réalisée en milieu de culture Macfarlane en présence d'un consortium bactérien simplifié, a dévoilé d'intéressantes propriétés nutraceutiques de l'extrait, tel que sa capacité à être partiellement converti en acide butyrique (C₄H₈O₂) lors de la fermentation colique et sa capacité à inhiber la production de métabolites nocifs associés à la putréfaction. La fermentation colique des HSHPM durant une période de 30 h (comparée à celle des fibres d'inuline) a été corrélée, entre autres, à une augmentation de 200 ± 14 % du C₄H₈O₂ ainsi qu'à une diminution de 54 ± 2 % de l'azote ammoniacal, une diminution de 87 ± 2 % de l'isovalérate et une diminution de 81 ± 1 % de l'isobutyrate. Les extraits riches en HSHPM obtenus à partir de bois d'épinette noire pourraient ainsi représenter une nouvelle source de fibres fonctionnelles ayant des propriétés butyrogènes et donc bénéfiques pour la santé intestinale. / Between 22 and 24 million cubic meters of softwood logs are processed annually in the province of Quebec, mainly from black spruce, white spruce, balsam fir and Jack pine trees. Black spruce is beyond doubt the most emblematic species of the North American boreal forest. Spruce forests have been supplying the provincial and national forest economy for decades and remain a crucial resource for the Canadian timber industry. Lumber production generates important amount of wood residues, including chips and sawdust. Those residues are partly used by paper, cardboard, pellets, or particles board manufacturers. Wood and wood residues contain variable amount of water-soluble hemicelluloses, which are hygroscopic and low-calorific compounds of limited value for conventional wood products. There is a possibility, however, to extract a part of hemicelluloses from softwood residues using superheated water extraction techniques. The main hemicelluloses found in superheated water extracts of spruce's heartwood and sapwood are galactoglucomannans, but such extracts may also contain other minor softwood polysaccharides, such as pectin, methylated glucuronoxylans, and acidic arabinogalactans. These hemicelluloses are hexose-rich and easily fermentable polysaccharides with interesting commercial value (for bioethanol production and other non-wood applications). Their extraction is usually beneficial for further wood processing such as pulping and pelletizing. In this context, the first part of this research presents a short literature review of water-based hemicelluloses extraction processes, hemicelluloses isolation techniques and novel applications for the wood hemicelluloses in the food and nutraceutical industry, for which the hemicellulosic-rich extracts could be considered as high-value ingredients. We present the specific parameters of the water-based process worked out in this study to yield the extract containing the water-soluble high-molecular-weight hemicelluloses from Black spruce wood, and we also determine the efficacy of the superheated water extraction when applied on wood residues of different sizes (≤ 4.0 mm, ≤ 0.6 mm, ≤ 0.2 mm thickness). In the second part of the research, we discuss the results of chromatographic and spectroscopic analysis performed on the high molar mass fraction of the extract, along with its fermentability study (30h in vitro batch fermentation). The results of the fermentability study, performed in a Macfarlane growth medium inoculated with a simplified human gut microbiota, indicated that the high molecular weight fraction (HMWF) of the Black spruce superheated water extract has interesting nutraceutical properties. Notably, the fraction was partially converted into butyric acid (C₄H₈O₂) during a 30 h colonic fermentation and was able to inhibit the production of harmful metabolites associated with putrefaction. Among others, the growth medium containing the HMWF of the Black spruce extract showed a 200 ± 14 % increase of C₄H₈O₂, a 54 ± 2 % inhibition of ammonia, an 87 ± 2 % inhibition of isovalerate and an 81 ± 1 % inhibition of isobutyrate when compared to a control growth medium containing prebiotic inulin fibers. Our results support that high molecular weight hemicelluloses extracted from Black spruce wood are fermentable fibers that could significantly contribute to gastrointestinal health.

Ces dernières années, une attention croissante a été portée à la valorisation de différents types de résidus en produits chimiques à valeur ajoutée. La valorisation des résidus peut non seulement résoudre les problèmes environnementaux croissants et actuels, mais elle peut contribuer également au développement durable de la société. Les résidus alcooliques constituent une catégorie à fort potentiel de valorisation en différents types de produits chimiques. Dans ce contexte, la valorisation photocatalytique des résidus alcooliques est une approche prometteuse du point de vue du développement durable. L'objectif principal de la thèse était d'étudier la valorisation photocatalytique de différents résidus alcooliques biosourcés en produits à valeur ajoutée. À cet égard, ces travaux ont principalement porté sur (i) l'analyse des effets individuels et d'interaction des paramètres opératoires et l'optimisation de la production d'hydrogène à partir de glycérol (ii) l'étude de la cinétique de la production d'hydrogène à partir de glycérol et d'éthanol, (iii) la mise au point de catalyseurs nanocomposites au TiO2 utilisant des biomatériaux à base de carbone (nanotubes de carbone et sphères de carbone) pour la production d'hydrogène à partir de glycérol, et (iv) l'étude du mécanisme et de la cinétique de la valorisation photocatalytique du cyclohexanol en cyclohexanone. Pour la production d’hydrogène à partir du glycérol, les modèles « Réseau de neurones artificiels » ainsi que « Méthode des surfaces de réponses » ont été utilisés pour évaluer l’effet et l’importance des principaux paramètres opératoires (pourcentage de glycérol, catalyseur, et Pt (co-catalyseur), ainsi que pH). La comparaison de ces modèles a révélé une meilleure précision du premier, qui a été par la suite sélectionnée pour une optimisation basée sur un algorithme génétique. La plus grande quantité d'hydrogène produite s'est révélée être à 50% de glycérol dans l'eau (v/v), à une masse de catalyseur de 3,9 g/L, à 3,1% de Pt et à un pH de 4,5. Finalement, une analyse basée sur la méthode de Garson pour évaluer l’importance relative des paramètres opératoires a montré que les pourcentages de glycérol et de catalyseur affectent de façon différente la production d’hydrogène. L'effet des plus importants paramètres opératoires (catalyst loading, glycerol%, intensité de la lumière, and temps) sur la valorisation photocatalytique du glycérol en hydrogène a été analysé et un modèle cinétique a été développé sur la base d'un mécanisme proposé. La capacité du modèle à prédire le taux de production d'hydrogène pour différents substrats, photocatalyseurs et paramètres opératoires a été confirmée en comparant les valeurs calculées avec des données expérimentales de la littérature. Le rôle des composants carbonés (CT) biosourcées en tant que matrice, cocatalyseur et adsorbant dans les composites TiO2@CT a été étudié en utilisant des nanotubes de carbone et des sphères de carbone. L'analyse morphologique a permis d'examiner le rôle de la matrice et d’évaluer la formation uniforme du TiO2 sur le CT. Les expériences photocatalytiques ont été ensuite utilisées pour analyser les rôles du co-catalyseur et de l'adsorbant. Fait intéressant, les résultats ont révélé que l’incorporation de CNT dans un composite de TiO2 pouvait presque doubler le taux de production d’hydrogène (i) en l’absence de Pt ou (ii) à faible concentration en glycérol. Par conséquent, il a été constaté qu’en plus d’être une matrice, le CNT peut jouer deux autres rôles importants, comme co-catalyseur et adsorbant. Pour évaluer la valorisation des résidus alcooliques en produits liquides à valeur ajoutée, la conversion photocatalytique sélective du cyclohexanol en cyclohexanone a été investiguée par des études cinétiques et spectroscopiques. Un mécanisme de réaction a été proposé sur la base des résultats de l'analyse in situ ATR-FTIR et un modèle cinétique a été développé pour prédire le taux de production de cyclohexanone. Une très grande sélectivité de la cyclohexanone a été confirmée à la fois par des analyses spectroscopiques que chromatographiques (HPLC et GC-MS), démontrant que l'approche photocatalytique est une alternative prometteuse pour la production sélective de cyclohexanone. En résumé, les résultats de cette thèse ont montré que la photocatalyse est une alternative prometteuse pour la valorisation des résidus alcooliques biosourcés en produits à valeur ajouté. La conversion photocatalytique de ces résidus peut conduire à la production d'hydrogène comme carburant vert prometteur pour l'avenir. D'autre part, la photocatalyse peut être appliquee pour produire des composes liquides avec une sélectivité élevée. / In the recent years, increasing attention has been paid to valorizing different types of waste materials to valuable chemicals. Waste valorization not only reduces the growing modern environmental issues, but also contributes to the sustainable development of the society. The alcoholic waste is an important category with high potential to be valorized into different types of valuable chemicals. As example, glycerol is a substantial alcoholic waste of biodiesel production process whose generation increased significantly during the recent years. In this context, photocatalytic valorization of alcoholic wastes is a promising approach from a sustainable development point of view. The main objective of the thesis was to study the photocatalytic valorization of different biobased alcoholic wastes to value-added products. In this regard, this work focused on (i) analyzing individual and interaction effect of operating parameters and optimization of hydrogen production from glycerol (ii) studying the kinetics of hydrogen production from glycerol and ethanol, (iii) developing TiO2 nanocomposite catalysts using biobased carbonaceous materials (carbon nanotubes and carbon spheres) and studding the roles of carbonaceous materials in hydrogen production from glycerol, and (iv) investigating the mechanism and kinetics of the photocatalytic valorization of cyclohexanol to cyclohexanone. For hydrogen production from glycerol, Artificial Neural Network (ANN) as well as Response Surface Methodology (RSM) models were employed to evaluate the effect and importance of the main operating parameters (glycerol%, catalyst loading, Pt (cocatalyst)%, and pH). Comparison of these models revealed that the ANN model had a better accuracy and it was therefore selected for a Genetic Algorithm-based optimization. The highest amount of hydrogen production was found to be at 50% glycerol in water (v/v), 3.9 g/L catalyst loading, 3.1% Pt, and pH of 4.5. Finally, a Garson’s method-based analysis of the relative importance of the operating parameters showed that the glycerol% and catalyst loading are, respectively, the least and most influential parameters on hydrogen production. The important operating parameters (catalyst loading, substrate%, light intensity, and time) of the process of photocatalytic valorization of glycerol and ethanol to hydrogen were analyzed and a kinetic model was developed based on a proposed mechanism. The ability of the model to predict the rate of hydrogen production for different substrates, photocatalysts, and ranges of operating parameters was confirmed by comparing the model predictions with the experimental data from literature. Carbon nanotube (CNT) and carbon sphere (CS) were used to prepare carbonaceous TiO2 composites and then the role of these biobased carbonaceous materials (CT) as template, cocatalyst, and adsorbent was investigated. The morphology analysis helped in examination of the template role and find the uniformity of the formed TiO2 on the template. On the other hand, the photocatalytic experiments assisted in the analysis of the cocatalyst and adsorbent roles of CT. Interestingly, the results revealed that CNT incorporation in TiO2 composite can almost double the rate of hydrogen production (i) in the absence of Pt or (ii) at low glycerol concentrations. Consequently, it was found that in addition to being a template, the CNT can play two important roles as cocatalyst and adsorbent. To evaluate the valorization of alcoholic wastes to valuable liquid product, photocatalytic selective conversion of cyclohexanol to cyclohexanone was analyzed kinetically and spectroscopically. A reaction mechanism was proposed based on the in-situ ATR-FTIR analysis results and a kinetic model was developed to predict the rate of cyclohexanone production. Experimental data were used to evaluate the kinetic parameters using genetic algorithm method and confirm the accuracy of model predictions. A very high selectivity of cyclohexanone was confirmed by both spectroscopic and chromatographic (HPLC and GCMS) analyses, demonstrating that the photocatalytic approach is a promising alternative for selective production of cyclohexanone. In summary, the results of this thesis showed that photocatalysis is a promising alternative for valorization of biobased alcoholic wastes to value-added products. Photocatalytic conversion of alcoholic wastes can lead to the production of hydrogen as a promising green fuel for the future. On the other hand, the conversion of alcoholic wastes can be engineered to produce valuable liquid product with high selectivity.

L’épinette noire Picea mariana est une essence abondamment exploitée au Québec pour la qualité de son bois de charpente. Sa transformation par les scieries génère, en conséquence, d’énormes volumes d’écorces résiduelles. Dans un objectif de transformation de la ressource et de conception de produits et systèmes innovants, ce projet de doctorat a permis de développer un procédé de conversion de la biomasse forestière pour la valorisation complète de l’écorce de l’épinette noire, en utilisant des solvants respectueux de l’environnement. Ce procédé intègre deux types d’extractions différentes : l’hydrodistillation et l’extraction à l’eau chaude. Ainsi il produit simultanément trois extraits naturels, l’huile essentielle et l’hydrolat capturant la fragrance de l’épinette et l’extrait aqueux brut riche en polyphénols antioxydants. L’élucidation de la composition chimique de l’huile essentielle et de l’hydrolat d’écorce de l’épinette noire a mis en évidence plus de cinquante composés volatils et aromatiques appartenant à la famille des terpénoïdes. De plus, la fragrance de l’huile essentielle est très différente de celle produite industriellement à partir des aiguilles. Elle pourrait ainsi constituer un nouveau produit pour les secteurs de la parfumerie et des arômes. L’extrait brut aqueux, quant à lui, est riche en polyphénols antioxydants, en tanins et en sucres. Les composés phénoliques de faibles masses moléculaires appartiennent majoritairement à la famille des stilbènes dont les trans-isorhapontine, trans-resvératrol, trans-picéide et transastringine. Deux nouvelles molécules ont également été découvertes dans cet extrait : deux stéréoisomères de stilbènes, appelés picéasides O et P. Dans le but de récupérer ces molécules d’intérêt en plus grande quantité, une optimisation de l’extraction aqueuse a été réalisée pour établir les meilleurs paramètres d’extraction. La température 80 °C et le ratio écorce/eau 50 mg/mL ont été déterminés comme étant les paramètres les plus efficaces pour enrichir l’extrait aqueux en polyphénols d’intérêt, grâce à une approche statistique impliquant la chimiométrie. Ainsi, trois produits à haute valeur ajoutée sont disponibles à partir de l’écorce de l’épinette noire. Mais le plus pertinent au niveau industriel, c’est qu’ils peuvent être extraits simultanément via le procédé intégré dont le développement a permis de valider les rendements et les compositions chimiques tout en garantissant la disponibilité des écorces résiduelles pour la combustion. Ce projet de doctorat permet d’offrir une solution de gestion efficace des coproduits de transformation du bois par le biais d’un procédé vert produisant trois produits naturels à haute valeur ajoutée. Les extraits riches en polyphénols constitueraient de nouveaux ingrédients naturels potentiels pour les secteurs cosmétiques et de santé nutrition, en tant qu’actifs pour la peau ou compléments alimentaires antioxydants. De plus, les molécules d’intérêt thérapeutique comme le resvératrol et ses dérivés identifiés dans l’extrait aqueux seraient de bons candidats pour l’industrie pharmaceutique. Enfin, l’huile essentielle et l’hydrolat pourraient enrichir la palette du parfumeur ou être employés en tant qu’arômes. / The transformation of black spruce Picea mariana, abundantly operated for the quality of its lumber in Quebec, generates huge volumes of residual bark in sawmills. With the objective of transforming the resource and designing innovative products and systems, this doctoral project has developed a process for converting forest biomass through the complete conversion of black spruce bark, using eco-friendly solvents. This process incorporating two different types of extractions (hydrodistillation and hot water extraction) simultaneously produces three natural extracts, the essential oil and hydrosol capturing the fragrance of black spruce and the hot water extract enriched with antioxidant polyphenols. The elucidation of the chemical composition of black spruce bark essential oil and hydrosol has revealed more than fifty volatile and aromatic compounds belonging to the terpenoid family. In addition, the fragrance of the essential oil is very different from the one produced industrially from the needles. It could thus constitute a new product for the perfume and aroma sectors. The aqueous crude extract, on the other hand, is rich in antioxidant polyphenols, tannins and sugars. Phenolic compounds of low molecular weight mainly belong to the stilbene family, including trans-isorhapontin, trans-resveratrol, trans-piceide and trans-astringin. Two new molecules have also been discovered in this extract: two stereoisomers of stilbene, called piceasides O and P. In order to optimally recover these molecules of interest, an optimization of the hot water extraction has made it possible to highlight the best extraction parameters. Thanks to a statistical approach involving chemometrics, the temperature 80 °C and the bark/water ratio 50 mg/mL were determined to be the most effective parameters for enriching the aqueous extract with polyphenols of interest. Thus, three high value-added products are extractable from the bark of black spruce. But the most interesting at an industrial level is that they can be extracted simultaneously via the integrated process whose development has validated the yields and chemical compositions while ensuring the availability of residual bark for combustion. This doctoral project offers a solution for an efficient management of co-products of wood processing through a green process, producing three natural products with high added value. The cosmetic and health nutrition sectors, constantly in search of new natural ingredients, may be interested in marketing these extracts as skin actives or as antioxidant dietary supplements. Molecules of therapeutic interest such as resveratrol and its derivatives identified in the aqueous extract could also be used by the pharmaceutical industry. Essential oil and hydrosol could enrich the perfumer's palette or be used as aromas.

Les plantes arbustives naturelles envahissent les terres agricoles abandonnées. Pour remettre en valeur ces friches, on a traditionnellement recours au brûlage ou au broyage sur place. D’invention récente, le Biobaler coupe et met en balle les arbustes qui peuvent alors être déplacés et valorisés. Un champ agricole à St-Augustin-de-Desmaures (Québec, Canada), abandonné depuis 20 ans, a été inventorié pour les plantes présentes et les sols. Des modèles allométriques ont été développés pour prédire la biomasse de 11 espèces pionnières (R² moyens de 0,93). Les sols avaient un pH moyen de 5,0, 0,32% de N-total et un carbone organique de 4,0 %. Soixante-deux balles récoltées sur 2,7 ha pesaient 413 kg en moyenne à 44% de teneur en eau. La biomasse récoltée, entre 3,3 et 9,6 t de matière sèche par hectare, représentait 18 à 43 % de récupération. Les données permettront d’évaluer le Biobaler sur les friches. / English Title : Soil and native woody crop properties on an abandoned agricultural field harvested with a Biobaler. Natural woody crops overtake abandoned agricultural land. To bring back these areas into useful production, traditional methods include prescribed burning or on-site mulching. A recent technology, the Biobaler cuts and forms round bales of woody crops which can be moved for useful application. An agricultural field in Saint-Augustin-de-Desmaures (Quebec, Canada), abandoned for 20 years, was monitored for crop identification and soil properties. Allometric models were developed for 11 native woody crops (average R² of 0.93). Soil pH averaged 5.0, total N, 0.32% and organic carbon, 4.0%. Sixty two bales were harvested, averaging 413 kg at 44% moisture. The harvested biomass, between 3.3 and 9.6 t of dry matter per hectare, represented 18 to 43% of above-ground biomass. Data will be useful in assessing Biobaler operation on fallow land.

Cette étude porte sur la contribution des acteurs de la biomasse solide (BS) à la durabilité de la gestion de celle-ci en République démocratique du Congo (RDC). La problématique s'articule sur la question centrale suivante : la gestion de la biomasse solide peut-elle favoriser la durabilité de cette ressource énergétique en RDC? À cet égard, trois axes majeurs ont été étudiés pour cerner les facteurs susceptibles de compromettre ou de promouvoir la gestion durable de la BS en RDC : • Les facteurs qui agissent sur la filière de la BS concernant les aspects techniques, allant de la production à la carbonisation, au défournement, à la récolte, au transport et enfin à la commercialisation de ladite ressource en RDC; • Les facteurs liés aux aspects règlementaires concernant le cadre juridique appliqué à la BS en RDC; • Les facteurs en lien avec les aspects organisationnels, institutionnels et ceux de la gouvernance forestière en RDC. Les trois objectifs suivants permettent d'analyser la question de la durabilité de gestion de la biomasse solide :1. Réaliser le diagnostic du contexte et de la pratique de l'utilisation de la BS en RDC en vue de ressortir les facteurs qui contribuent aux forces et faiblesses de cette pratique. De ce fait, l'approche d'analyse stratégique « forces, faiblesses, opportunités, menaces » (FFOM ou SWOT en anglais) a aidé à déceler les maillons qui permettent de définir les conditions et les occasions favorisant les trois piliers du développement durable que sont l'environnement, le social et l'économie; 2. Évaluer le degré de durabilité d'utilisation de la BS actuelle. Cela a conduit à faire une analyse des cadres législatifs, règlementaires et normatifs, ainsi que des aspects organisationnels, institutionnels et modernes de la gestion de la BS en RDC. Par conséquent, une esquisse de la gouvernance de la BS en RDC a été proposée pour stimuler l'analyse des instruments qui traitent des questions de cadres juridiques et coutumiers susceptibles d'influencer ces normes; 3. Proposer des éléments d'amélioration du contexte, de la pratique et du respect de la réglementation de l'utilisation de la BS qui favorisent un modèle de la gestion participative de l'utilisation durable de cette énergie. Pour ce faire, l'étude présente les facteurs de la durabilité de la gestion de la bioénergie et leurs interrelations dans le but de mettre sur pied un modèle de gestion participative de la bioénergie permettant de répondre au développement durable de la BS en RDC. Au regard des axes clés énumérés, la nécessité de faire ressortir un modèle de réponses fiables et palpables avec à la clé la gestion et l'utilisation de la BS respectant les principes du développement durable s'avère indispensable en RDC. De ce fait, le modèle de table de concertation des acteurs de la BS en RDC est élaboré. / This thesis focuses on the contribution to the sustainability of the management of solid biomass (SB) in the Democratic Republic of Congo (DRC). This study revolves around the following central question: Can the management of solid biomass promote the sustainability of this energy resource in the DRC? Three major axes were studied to identify the factors likely to compromise or promote the sustainable management of SB in the DRC: • The factors acting on the SB sector focus on the related technical aspects, ranging from production, carbonization, excavation, harvesting, transport and to the marketing of this resource in the DRC; • Factors related to regulatory aspects concerning the legal framework applied to SB in the DRC; • The factors structuring the organizational and institutional aspects and those of forest governance in the DRC. The three following objectives were analyzed to answer the issue of the sustainability of solid biomass management: 1. Carry out the diagnosis of the context and practice of the use of SB in the DRC to highlight the factors that contribute to the strengths and weaknesses of this practice. The SWOT strategic analysis approach was used to identify the links that define the strengths, weaknesses, opportunities and threats for the three pillars of sustainable development that are environmental, social and economic. 2. Assess the level of sustainability of the actual use of SB with a focus on improving the factors of non-sustainability. This led to an analysis of the legislative, regulatory and normative frameworks, as well as the organizational, institutional and modern aspects of BS management in the DRC. An outline of SB governance in the DRC has been proposed to stimulate analysis of instruments addressing issues of legal frameworks and customary that influence these norms. 3. Propose elements for improving the context, practice, and compliance with the regulations for the use of SB that promote a participatory management model for the sustainable use of this energy source. To do this, the factors of the sustainability of bioenergy management and their interrelationships were presented with the aim of setting up a participatory bioenergy management model to respond to the development of SB in DRC. Regarding the key axes listed above, the need to develop and implement a model of reliable and tangible responses, with the management and use of SB thus respecting the principles of sustainable development, is essential in the DRC. As a result, the consultation table model for SB actors in the DRC is elaborated.

Cette étude porte sur la contribution des acteurs de la biomasse solide (BS) à la durabilité de la gestion de celle-ci en République démocratique du Congo (RDC). La problématique s'articule sur la question centrale suivante : la gestion de la biomasse solide peut-elle favoriser la durabilité de cette ressource énergétique en RDC? À cet égard, trois axes majeurs ont été étudiés pour cerner les facteurs susceptibles de compromettre ou de promouvoir la gestion durable de la BS en RDC : • Les facteurs qui agissent sur la filière de la BS concernant les aspects techniques, allant de la production à la carbonisation, au défournement, à la récolte, au transport et enfin à la commercialisation de ladite ressource en RDC; • Les facteurs liés aux aspects règlementaires concernant le cadre juridique appliqué à la BS en RDC; • Les facteurs en lien avec les aspects organisationnels, institutionnels et ceux de la gouvernance forestière en RDC. Les trois objectifs suivants permettent d'analyser la question de la durabilité de gestion de la biomasse solide :1. Réaliser le diagnostic du contexte et de la pratique de l'utilisation de la BS en RDC en vue de ressortir les facteurs qui contribuent aux forces et faiblesses de cette pratique. De ce fait, l'approche d'analyse stratégique « forces, faiblesses, opportunités, menaces » (FFOM ou SWOT en anglais) a aidé à déceler les maillons qui permettent de définir les conditions et les occasions favorisant les trois piliers du développement durable que sont l'environnement, le social et l'économie; 2. Évaluer le degré de durabilité d'utilisation de la BS actuelle. Cela a conduit à faire une analyse des cadres législatifs, règlementaires et normatifs, ainsi que des aspects organisationnels, institutionnels et modernes de la gestion de la BS en RDC. Par conséquent, une esquisse de la gouvernance de la BS en RDC a été proposée pour stimuler l'analyse des instruments qui traitent des questions de cadres juridiques et coutumiers susceptibles d'influencer ces normes; 3. Proposer des éléments d'amélioration du contexte, de la pratique et du respect de la réglementation de l'utilisation de la BS qui favorisent un modèle de la gestion participative de l'utilisation durable de cette énergie. Pour ce faire, l'étude présente les facteurs de la durabilité de la gestion de la bioénergie et leurs interrelations dans le but de mettre sur pied un modèle de gestion participative de la bioénergie permettant de répondre au développement durable de la BS en RDC. Au regard des axes clés énumérés, la nécessité de faire ressortir un modèle de réponses fiables et palpables avec à la clé la gestion et l'utilisation de la BS respectant les principes du développement durable s'avère indispensable en RDC. De ce fait, le modèle de table de concertation des acteurs de la BS en RDC est élaboré. / This thesis focuses on the contribution to the sustainability of the management of solid biomass (SB) in the Democratic Republic of Congo (DRC). This study revolves around the following central question: Can the management of solid biomass promote the sustainability of this energy resource in the DRC? Three major axes were studied to identify the factors likely to compromise or promote the sustainable management of SB in the DRC: • The factors acting on the SB sector focus on the related technical aspects, ranging from production, carbonization, excavation, harvesting, transport and to the marketing of this resource in the DRC; • Factors related to regulatory aspects concerning the legal framework applied to SB in the DRC; • The factors structuring the organizational and institutional aspects and those of forest governance in the DRC. The three following objectives were analyzed to answer the issue of the sustainability of solid biomass management: 1. Carry out the diagnosis of the context and practice of the use of SB in the DRC to highlight the factors that contribute to the strengths and weaknesses of this practice. The SWOT strategic analysis approach was used to identify the links that define the strengths, weaknesses, opportunities and threats for the three pillars of sustainable development that are environmental, social and economic. 2. Assess the level of sustainability of the actual use of SB with a focus on improving the factors of non-sustainability. This led to an analysis of the legislative, regulatory and normative frameworks, as well as the organizational, institutional and modern aspects of BS management in the DRC. An outline of SB governance in the DRC has been proposed to stimulate analysis of instruments addressing issues of legal frameworks and customary that influence these norms. 3. Propose elements for improving the context, practice, and compliance with the regulations for the use of SB that promote a participatory management model for the sustainable use of this energy source. To do this, the factors of the sustainability of bioenergy management and their interrelationships were presented with the aim of setting up a participatory bioenergy management model to respond to the development of SB in DRC. Regarding the key axes listed above, the need to develop and implement a model of reliable and tangible responses, with the management and use of SB thus respecting the principles of sustainable development, is essential in the DRC. As a result, the consultation table model for SB actors in the DRC is elaborated.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'utilisation du sorgho sucré [Sorghum bicolor (L.) Moench] et du millet perlé sucré [Pennisetum glaucum (L.) R.BR.] comme cultures énergétiques au Québec a gagné de l'intérêt ces dernières années. Leur sève riche en carbohydrates solubles dans l'eau peut être fermentée pour une éventuelle production d'éthanol. Leur particularité réside dans leur utilisation efficace des fertilisants azotées et de l'eau par comparaison au maïs, la seule culture utilisée actuellement pour produire de l'éthanol au Québec. Différentes études s'intéressant à la régie de culture de ces deux plantes ainsi qu'à leur récolte, à l'entreposage de la biomasse et à l'extraction du jus et son entreposage, ont été effectuées. Cependant, la valorisation du résidu de pressage (appelé bagasse) nécessite d'être explorée davantage. L'objectif général de cette thèse était d'optimiser l'extraction des carbohydrates solubles dans l'eau à partir de la biomasse du sorgho sucré et du millet perlé sucré pressée à l'aide d'une presse hydraulique et de valoriser la bagasse générée pour une éventuelle production d'éthanol cellulosique ou pour en faire de l'ensilage. L'extraction du jus à partir de la biomasse du sorgho sucré et du millet perlé sucré a été effectuée à l'aide d'une presse hydraulique de laboratoire. L'optimisation de l'extraction des carbohydrates solubles a été basée sur deux pressages de la biomasse avec imprégnation de la bagasse avec de l'eau avant le deuxième pressage. Les effets de deux types de hachages (grossier ou fin), quatre ratios eau:bagasse (0,5; 1; 1,5 et 2) et trois températures de l'eau d'imprégnation (25, 45 et 65 °C) sur l'extraction des carbohydrates solubles ont été étudiés. Le potentiel de la bagasse générée par le processus de pressage optimisé a été exploré pour une éventuelle production d'éthanol cellulosique. Pour ce faire, la bagasse a été réduite en deux tailles (4,5-9 mm et 1 mm), prétraitée à l'aide de l'acide sulfurique ou de l'hydroxyde de sodium à deux concentrations (1% et 3%) puis saccharifiée enzymatiquement. L'effet de ces paramètres sur la libération de carbohydrates structuraux a été déterminé et les rendements en éthanol de première génération et cellulosique ont été calculés basé sur ces résultats puis prédits en tenant compte du rendement de ces cultures au Québec. Afin d'étudier le potentiel d'un pressage au champ de la biomasse de sorgho et de millet perlé sucrés, trois ratios eau:bagasse (0,5; 1 et 1,5) ont été considérés pour l'imprégnation de la bagasse avant le deuxième pressage. Les bagasses générées ont été ensilées et leurs qualités de conservation et nutritives ont été évaluées. Pour l'extraction de carbohydrates solubles en laboratoire, presser la biomasse grossièrement hachée (4,5-9 mm) deux fois tout en imprégnant la bagasse avec de l'eau à 25 °C selon un ratio eau:bagasse de 1 juste avant le deuxième pressage était la condition optimale. Sous cette condition, les rendements d'extraction de carbohydrates solubles étaient de 83% et 78% pour le sorgho sucré et le millet perlé sucré, respectivement. Le rendement en éthanol de première génération a été prédit à 871-1267 L.ha⁻¹ pour le sorgho sucré et à 600-1188 L.ha⁻¹ pour le millet perlé sucré. Le prétraitement de la bagasse générée avec de l'hydroxyde de sodium à 3% était la condition la plus appropriée pour l'obtention d'éthanol cellulosique en favorisant la libération des carbohydrates structuraux après saccharification enzymatique. En effet, la cellulose a été saccharifiée à 88% et 73% pour le sorgho et le millet, respectivement, ce qui a généré une concentration en glucose de 320 et 249 g.kg⁻¹ MS de bagasse, respectivement. Ainsi, les rendements en éthanol cellulosique prédits ont varié de 1527-2221,6 et 1185-2347 L.ha⁻¹ pour le sorgho et le millet, respectivement. Pour le pressage du sorgho et du millet au champ, un ratio d'imprégnation eau:bagasse de 0,5 a été adéquat pour l'extraction des carbohydrates solubles résiduels. Dans ce contexte, un rendement d'extraction des carbohydrates solubles totaux (initiaux + résiduels) de 50% a été obtenu pour le sorgho contre 46% pour le millet, à la suite de deux pressages. La concentration des carbohydrates solubles résiduels dans les bagasses de deuxième pressage ont permis une fermentation adéquate des ensilages. Malgré la teneur élevée en fibres ADF et NDF des ensilages, les digestibilités in vitro de la matière sèche (IVTD) et des fibres NDF (NDFd) étaient bonnes, surtout pour le sorgho sucré. Cela pourrait procurer à la bagasse de sorgho sucré un potentiel intéressant en alimentation animale. / The use of sweet sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] and sweet pearl millet [Pennisetum glaucum (L.) R.BR.] as energy crops in Quebec has gained interest in recent years. Their sap rich in water soluble carbohydrates can be fermented for an eventual production of ethanol. Their particularity lies in their efficient use of nitrogen fertilizers and water compared to corn, the only crop currently used for ethanol production in Québec. Various studies focusing on the cultivation management of these crops as well as their harvesting, the storage of the biomass, and the extraction of the juice and its storage have been carried out. However, the valorization of the pressing residue (called bagasse) still needs to be further explored. The general objective of this thesis was to optimize the extraction of water soluble carbohydrates from sweet sorghum and sweet pearl millet biomass pressed using a hydraulic press and to valorize the generated bagasse for eventual cellulosic ethanol production or for making silage. Juice extraction from sweet sorghum and sweet pearl millet biomass was performed using a laboratory hydraulic press. The optimization of soluble carbohydrate extraction was based on two pressings of the biomass with impregnation of the bagasse with water before the second pressing. The effect of two chopping modes (coarse or fine), four water:bagasse ratios (0.5, 1, 1.5, and 2), and three water temperatures (25, 45, and 65 °C) on the extraction of soluble carbohydrates have been studied. The bagasse generated from the optimized pressing process was investigated for an eventual production of cellulosic ethanol. For this purpose, the bagasse was reduced in two sizes (4.5-9 mm and 1 mm), pretreated either with sulfuric acid or with sodium hydroxide at two concentrations (1% and 3%) and then enzymatically saccharified. The effect of these parameters on structural carbohydrate release was determined and the first generation and cellulosic ethanol yields were predicted based on the yield of these plant species in Quebec. For an in-field pressing of sorghum and millet biomass, three water:bagasse ratios (0.5, 1, and 1.5) were considered for bagasse impregnation before the second pressing. The bagasses generated were ensiled and their conservation and nutritive qualities were evaluated. For the extraction of soluble carbohydrate in the laboratory, pressing the coarsely chopped biomass (4.5-9 mm) twice while impregnating the bagasse with water at 25 °C according to a water:bagasse ratio of 1 just before the second pressing was the optimal condition. Under this condition, extraction yields of soluble carbohydrates were 83% and 78% for sweet sorghum and sweet pearl millet, respectively. First generation ethanol yields of 871-1267 L.ha⁻¹ and 600-1188 L.ha⁻¹ were predicted for sweet sorghum and sweet pearl millet, respectively. Pretreatment of the generated bagasse with 3% sodium hydroxide was the most suitable condition to produce cellulosic ethanol by efficiently releasing structural carbohydrates after enzymatic saccharification. Indeed, the cellulose was saccharified at 88% and 73% for sorghum and millet, respectively, which generated a glucose concentration of 320 and 249 g.kg⁻¹ DM of bagasse, respectively. Thus, cellulosic ethanol yields ranging from 1527-2221.6 and 1185-2347 L.ha⁻¹ were predicted for sorghum and millet, respectively. For in-field pressing of sorghum and millet, a water:bagasse ratio of 0.5 was adequate for the extraction of residual soluble carbohydrates. In this context, an extraction yield of total soluble carbohydrates (initial + residual) of 50% was obtained for sorghum against 46% for millet, following two pressings. The concentration of residual soluble carbohydrates in the second pressing bagasse allowed adequate fermentation of the silages. Despite the high content of ADF and NDF fibers in silage, in vitro true digestibilities of dry matter (IVTD) and NDF fibers (NDFd) were good especially for sweet sorghum. Sweet sorghum silage from bagasse could thus have a good potential in animal feed.