La biomasse forestière résiduelle correspond à la biomasse ligneuse laissée sur le parterre de la forêt après une coupe. Cette biomasse peut servir comme source d’énergie renouvelable, à un prix pouvant être, dans certaines conditions, compétitif relativement à d’autres sources d’énergie. Le succès de l’utilisation de ce type de biomasse tient en partie à une gestion efficace de son réseau d’approvisionnement. Ainsi, la gestion du risque de rupture d’approvisionnement de la biomasse forestière résiduelle est essentielle pour garantir le potentiel d’expansion d’un réseau de distribution aux clients. Le présent mémoire vise à améliorer la rentabilité d’approvisionnement de la biomasse forestière résiduelle par le biais d’une gestion efficace des sources d’erreur relatives à l’estimation de la disponibilité en biomasse. Il s’agit d’estimer la variabilité spatiale de la biomasse résiduelle avec une précision acceptable en optant pour les techniques de l’apprentissage automatique (en anglais, machine learning). L’apprentissage automatique est une tentative pour reproduire la notion d’apprentissage. Il s’agit de concevoir des algorithmes capables d’apprendre à partir des exemples ou des échantillons, afin de prédire les valeurs des cibles. Dans notre cas d’étude, la méthode KNN nous permettra d’estimer la quantité de la biomasse résiduelle des unités de surface cibles (polygones) à partir des k placettes-échantillons voisines. Pour ce faire, nous estimerons, dans un premier temps, la variabilité spatiale de la disponibilité en biomasse résiduelle en utilisant la méthode d’apprentissage automatique k-plus proches voisins (en anglais, k-nearest neighbors : KNN). Nous déterminerons ensuite l’erreur de notre estimation en utilisant la méthode bootstrap. Finalement, nous développerons une spatialisation de la quantité de biomasse forestière résiduelle en tenant compte de l’erreur d’estimation. Les résultats d’estimation obtenus, dans le cadre de cette recherche, indiquent une précision allant de 59,5 % à 71 % et centrée autour de 65,4 %. Notre méthodologie a permis ainsi d’obtenir des résultats pertinents comparativement à l’étude de Bernier et al. (2010) qui ont estimés le volume de biomasse forestière avec la méthode KNN et ont eu comme résultat une précision d’estimation égale à 19 %. L’utilisation de cette méthode pourra aussi être pertinente pour l’estimation de la biomasse forestière marchande et pour la prédiction de la biomasse forestière totale par essence d’arbres. / Residual forest biomass is the woody biomass left over on the forest floor after harvesting. This biomass can be used as a source of renewable energy, at a price that may be, under certain conditions, competitive relative to other energy sources. The success of the use of residual forest biomass depends in part on an effective management of its supply chain. Thus, the risk management of supply disruption of residual forest biomass is essential to ensure the potential for expansion of a customer’s distribution network. This project aims to improve the supply chain profitability of residual forest biomass through effective management of sources of error related to the estimation of the availability of biomass. This is the estimation of the spatial variability of residual biomass with acceptable accuracy by using machine learning techniques. Machine learning is an attempt to replicate the concept of learning. It consists to design algorithms capable to learn from examples or samples in order to predict the values of targets In our case study, the KNN method will allow us to estimate residual biomass of the target area units (polygons) from the k nearest neighbour plots. To this effect, we will estimate initially the spatial variability in the availability of residual biomass using the machine learning method KNN (k nearest neighbours). We then determine the error of our estimation using a bootstrap method. Finally, we will develop the location of the residual forest biomass quantity taking into account the estimation error. The estimation results obtained in the framework of this research indicate an accuracy of 59,5 % to 71 % centred around 65,4 % with an estimation error of 29 % to 34,5 %. Our methodology has yielded relevant results compared with the study of Bernier et al. (2010) which has had accuracy of estimation equal to 19% of forest biomass volume using the KNN method. The use of this method may also be relevant for estimating the commercial forest biomass and for the prediction of forest biomass of each tree species.

Ce mémoire analyse les facteurs déterminants de l’utilisation de la biomasse verte en Afrique subsaharienne (ASS), particulièrement en Ouganda et en Éthiopie. Pour ce faire, l’étude se focalise sur l’aspect endogène du capital humain avec comme proxy l’éducation. En effet, la littérature existante occulte le caractère endogène de l’éducation qui pourrait biaiser les résultats. Les données utilisées proviennent des Enquêtes démographiques et sanitaires (EDS) 2015-2016 pour l’Ouganda, et 2008 pour l’Éthiopie. Afin d’éliminer tout biais lié à la non-prise en compte du caractère endogène de l’éducation, nous nous basons sur la variabilité de la participation à l’école introduite par la réforme au niveau du primaire dans ces deux pays. Nos résultats confirment la majorité des études empiriques en montrant que l’éducation a un effet positif sur le choix de la biomasse verte comme source d’énergie. Ces résultats rappellent l’importance de faire de l’éducation des filles un instrument de politique publique pour faire face aux enjeux climatiques en Afrique.

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.

Le feu joue un rôle important dans la succession de la forêt boréale du nord-est de l’Amérique et le temps depuis le dernier feu (TDF) devrait être utile pour prédire la distribution spatiale du carbone. Les deux premiers objectifs de cette thèse sont: (1) la spatialisation du TDF pour une vaste région de forêt boréale de l'est du Canada (217,000 km2) et (2) la prédiction du carbone de la biomasse aérienne (CBA) à l’aide du TDF à une échelle liée aux perturbations par le feu. Un modèle non paramétrique a d’abord été développé pour prédire le TDF à partir d’historiques de feu, des données d'inventaire et climatiques à une échelle de 2 km2. Cette échelle correspond à la superficie minimale d’un feu pour être inclus dans la base de données canadienne des grands feux. Nous avons trouvé un ajustement substantiel à l’échelle de la région d’étude et à celle de paysages régionaux, mais la précision est restée faible à l’échelle de cellules individuelles de 2 km2. Une modélisation hiérarchique a ensuite été développée pour spatialiser le CBA des placettes d’inventaire à la même échelle de 2 km2. Les proportions des classes de densité du couvert étaient les variables les plus importantes pour prédire le CBA. Le CBA co-variait également avec la vitesse de récupération du couvert au travers de laquelle le TDF intervient indirectement. Finalement, nous avons comparé des estimations de CBA obtenues par télédétection satellitaire avec celles obtenues précédemment. Les résultats indiquent que les proportions des classes de densité du couvert et des types de dépôts ainsi que le TDF pourraient servir comme variables auxiliaires pour augmenter substantiellement la précision des estimés de CBA par télédétection. Les résultats de cette étude ont montré: 1) l'importance d’allonger la profondeur temporelle des historiques de feu pour donner une meilleure perspective des changements actuels du régime de feu; 2) l'importance d'intégrer l’information sur la reprise du couvert après feu aux courbes de rendement de CBA dans les modèles de bilan de carbone; et 3) l'importance de l'historique des feux et de la récupération de la végétation pour améliorer la précision de la cartographie de la biomasse à partir de la télédétection. / Fire is as a main succession driver in northeastern American boreal forests and time since last fire (TSLF) is seen as a useful covariate to infer the spatial variation of carbon. The first two objectives of this thesis are: (1) to elaborate a TSLF map over an extensive region in boreal forests of eastern Canada (217,000 km2) and (2) to predict aboveground carbon biomass (ABC) as a function of TSLF at a scale related to fire disturbances. A non-parametric model was first developed to predict TSLF using historical records of fire, forest inventory data and climate data at a 2-km2 scale. Two kilometer square is the minimum size for fires to be considered important enough and included in the Canadian large fire database. Overall, we found a substantial agreement at the scale of both the study area and landscape units, but the accuracy remained fairly low at the scale of individual 2-km2 cells. A hierarchical modeling approach is then presented for scaling-up ABC from inventory plots to the same 2 km2 scale. The proportions of cover density classes were the most important variables to predict ABC. ABC was also related to the speed of post-fire canopy recovery through which TSLF acts indirectly upon ABC. Finally, we compared remote sensing based aboveground biomass estimates with our inventory based estimates to provide insights on improving their accuracy. The results indicated again that abundances of canopy cover density classes of surficial deposits, and TSLF may serve as ancillary variables for improving substantially the accuracy of remotely sensed biomass estimates. The study results have shown: 1) the importance of lengthening the historical records of fire records to provide a better perspective of the actual changes of fire regime; 2) the importance of incorporating post-fire canopy recovery information together with ABC yield curves in carbon budget models at a spatial scale related to fire disturbances; 3) the importance of adding disturbance history and vegetation recovery trends with remote sensing reflectance data to improve accuracy for biomass mapping.

En Afrique, les technologies agroforestières jouent un rôle socio-économique majeur, mais leur potentiel à contribuer aux stocks de carbone, ainsi que celui de leurs espèces ligneuses est encore peu connu. De même, la réponse de leurs espèces ligneuses aux changements de l’environnement n’est pas documentée. Nous avons mesuré le stock de carbone de cinq espèces ligneuses locales (Acacia raddiana, Balanites aegyptiaca, Euphorbia balsamifera, Faidherbia albida et Neocarya macrophylla) et le stock sol-plante de trois technologies agroforestières (jachère, parc arboré et parcours naturel) selon trois textures contrastantes de sol (argileux, sableux et sablo-limoneux). Nous avons évalué le profil de développement racinaire (RDD) et la longueur spécifique racinaire (SRL) des espèces sous ces mêmes conditions. La variation intraspécifique des traits foliaires (surface spécifique foliaire (SLA); contenu en matière sèche (LDMC); contenu en carbone et en azote (LCC, LNC)); SRL; contenu en carbone et en azote des racines (RCC; RNC)) a été étudiée selon la texture du sol et les trois saisons : saison des pluies (SP), saison sèche chaude (SSC), saison sèche fraîche (SSF). Le carbone de la biomasse a été plus élevé dans les sols sableux, tandis que les sols argileux ont présenté les plus importants stocks de carbone du sol. Le carbone du système sol-plante a été plus élevé dans les jachères. La RDD n’a pas varié entre texture de sol et entre technologie agroforestière et un maximum de biomasse a été observé entre 40 et 60 cm de profondeur. La SRL a été plus élevée dans les parcs arborés, les parcours naturels, les sols sableux, plus pauvres en matière organique et la SSC, période la plus stressante. Les sempervirentes ont montré en général une plus grande variabilité des traits en réponse au sol et aux saisons. La variabilité intraspécifique de la SLA a été plus élevée en SSC, tandis que l’inverse a été observé pour la SRL. Pendant la SP, une corrélation positive a été notée entre SLA et SRL. Des jachères de courtes durées enrichies de sempevirentes et de décidues fixatrices d’azote contribueraient à accroitre le stock de carbone des terres dégradées des Niayes. / In Africa, agroforestry technologies play a major socio-economic role, but their potential and that of the principal woody species to contribute to carbon stocks is still poorly understood. As well, the potential of these species to respond to a changing environment is poorly documented. We measured the carbon stock of five local tree species (Acacia raddiana, Balanites aegyptiaca, Euphorbia balsamifera, Faidherbia albida and Neocarya macrophylla) and soil-plant carbon storage associated with three agroforestry technologies (fallow, park land, and rangeland) in three contrasting soil textures (clay, sandy and sandy loam). We evaluated the root depth distribution profile (RDD) and the specific root length (SRL) of these species under these conditions. Intraspecific variation in leaf traits (specific leaf area (SLA); leaf dry matter content (LDMC); leaf carbon and nitrogen content (LCC LNC); SRL, root carbon and nitrogen content (RCC, RNC) ) of these species was also investigated in three soil textures and over three seasons: rainy season (SP), hot dry season (SSC), and cool dry season (SSF). The carbon stored in biomass was higher in sandy soils, while clay soil showed the highest soil carbon stocks. Carbon stored in the soil-plant system was highest in fallow, compared to park land and to rangeland. The RDD did not change with either soil texture or agroforestry technology, and a maximum of root biomass was consistently observed between 40 and 60 cm deep. The SRL was higher in park lands, rangelands and sandy soils, with low soil organic matter, and in the SSC, the most stressful season. Evergreen species generally showed greater variability of traits in response to soil texture and season. Intraspecific variability of SLA was higher in SSC, while the opposite was observed for the SRL. During the SP, a positive correlation was noted between SLA and SRL. Short periods of fallow enriched by evergreen and deciduous nitrogen fixing species would contribute to increase the carbon stocks of degraded lands in these study sites.

Il existe actuellement un intérêt marqué pour la combustion de biomasses agricoles au Québec. Cependant, la réglementation rend difficile la combustion de cultures lignocellulosiques en raison d'un manque de connaissances concernant les émissions. Ce projet a comme but de caractériser et de comparer les émissions de la combustion de biomasses agricoles (panic érigé, saule et fraction solide de lisier de porc) et forestières (mélange de bois d'épinette noir et de pin gris). Les particules des émissions ont été échantillonnées et les concentrations de CO₂, CO, CH₄, NO₂, NH₃, N₂O, SO₂ et HC1 ont été analysées par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, puis transformées en émissions. L'analyse statistique démontre que les émissions des biomasses agricoles sont semblables à celles du bois pour plupart des composés émis (CO₂, CO, CH₄, NH₃, N₂O et HC1), cependant des différences significatives sont détectées pour le SO₂, le NO₂ et les particules (P<0,05).

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La litière est une voie majeure de transfert de la biomasse aérienne vers le sol forestier et joue donc un rôle important dans la constitution des stocks de carbone (C) du sol forestier. Cependant, le flux de litière reste peu documenté dans les forêts tempérées et boréales d'Amérique du Nord, ce qui peut créer des incertitudes dans les estimations des modèles de bilan du C forestier. Les objectifs de cette étude étaient donc de 1) quantifier le flux annuel moyen, la variabilité interannuelle et la saisonnalité de la chute de litière sur trois sites (dominés respectivement par l'érable à sucre, le sapin baumier et l'épinette blanche) de l'est du Canada sur une période de 22 à 33 années, 2) mettre en relation le flux annuel et les changements temporels de la chute de litière avec les variations de la taille des principaux réservoirs de matière organique de ces écosystèmes, et 3) comparer nos estimations du flux de litière avec les valeurs de référence utilisées dans les inventaires nationaux de gaz à effet de serre (GES). Nous avons utilisé des données provenant de 22 à 33 années de suivis environnementaux de bassins versants forestiers et d'inventaires dendrométriques. La production de litière diminuait de l'érablière à la sapinière et la pessière, principalement en raison de la composition des espèces. L'augmentation du flux de litière au cours des années était liée à l'augmentation de la biomasse des arbres vivants dans la sapinière, mais pas dans l'érablière. La saisonnalité de la chute de litière variait entre les feuillus et les conifères selon un patron sigmoïdal et les anomalies climatiques modifiaient ce patron. Nos analyses suggèrent que les valeurs de référence de la littérature utilisées dans les inventaires nationaux de GES sous-estiment le flux de litière et les stocks de C de l'humus des sols forestiers. L'intégration de nos résultats dans les différents modèles de comptabilisation du C pourrait permettre de diminuer l'incertitude entourant ce flux et de contribuer à une meilleure compréhension du cycle du C dans les écosystèmes forestiers. / Litterfall is a major pathway for transferring aboveground biomass to the forest floor and thus plays an important role in building forest soil carbon (C) stocks. However, litterfall remains poorly documented, potentially creating uncertainties in estimates of forest carbon budget models. The objectives of the present study were to 1) quantify the mean annual flux, interannual variability, and litterfall seasonality in 3 sites (dominated respectively by sugar maple, balsam fir and black spruce) in eastern Canada, over a period of 22 to 33 years, 2) relate the litterfall amounts, and temporal changes to the changes in the size of major organic matter pools in these ecosystems, and 3) compare our litterfall estimates with reference values used in national greenhouse gas inventories. Litterfall production decreased from the sugar maple to the balsam fir and the black spruce sites, preponderantly due to species composition. The increase in litterfall over the years was linked to the increase in the aboveground biomass of live trees in the balsam fir site, but not in the sugar maple site. Litterfall seasonality varied between broad leaf and conifers following a sigmoidal pattern, and climatic anomalies altered this pattern. Our litterfall analyses suggest that literature reference values used in national greenhouse gas inventories underestimate litterfall and C stocks in forest soils for temperate and boreal forests. Integrating our results into C accounting models could help reduce their uncertainty and contribute to a better understanding of C cycling in forest ecosystems.

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.

L’objectif de la recherche proposée dans cette thèse est d’apporter une meilleure compréhension au mécanisme de la torréfaction de la biomasse et de proposer des méthodes pratiques afin d’améliorer l’efficacité de ce processus. Quant au mécanisme, la torréfaction de deux échantillons de biomasse lignocellulosique des forêts du Québec (le faux-tremble et le bouleau) et leurs constituants principaux tels que la lignine, la cellulose et l’hémicellulose est étudiée en détail en utilisant différentes techniques expérimentales et un modèle cinétique a été développé pour décrire la cinétique de leur torréfaction. Notre étude sur le mécanisme et la cinétique de torréfaction de la biomasse révèle également une faible vitesse de torréfaction de la biomasse, ce qui nous a motivés à proposer et développer une nouvelle méthode de torréfaction impliquant des liquides ioniques dans le but de stimuler la vitesse de torréfaction de la biomasse. Bien que la torréfaction améliore les propriétés physicochimiques de la biomasse en tant que combustible, la production d’hydrocarbures oxygénés (sous forme de volatils) de la biomasse lors de la torréfaction réduit son énergie globale. Dans le but de récupérer l’énergie des volatils, une nouvelle combinaison de la torréfaction de la biomasse et de la combustion des volatils dans une boucle chimique de combustion (Chemical Looping Combustion) a été étudiée dans cette thèse. À cet effet, les minéraux ultramafiques abondants et préalablement broyés, largement disponibles dans la province de Québec, ont été testés en tant que transporteurs solides d’oxygène conduisant à près de 96% de conversion des volatils à 700°C dans un réacteur CLC. Comme travail supplémentaire, nous étions également intéressé à explorer l’application potentielle des résidus miniers contenant une quantité considérable de fer pour le craquage catalytique de goudrons produits pendant les processus de gazéification de la biomasse. À cet effet, le potentiel de deux résidus miniers et des minéraux renfermant du fer obtenus de diverses activités minières au Québec a été comparé à celui de l’olivine (connu comme minéral actif pour le craquage du goudron). / The aim of the proposed research was to provide a better understanding of the mechanisms of biomass torrefaction and to propose practical methods to improve the efficiency of this process. As for the mechanism, torrefaction of two woody biomass samples from Quebec forests (aspen and birch) and their main constituents, i.e., lignin, cellulose and hemicellulose is studied in details using different experimental techniques and a kinetic model is developed for their torrefaction. Our studies on the mechanism and kinetics of biomass torrefaction also revealed the slow rate of biomass torrefaction which motivated us to propose and develop a new ionic-liquid assisted torrefaction process with the aim of increasing the rate of biomass torrefaction. Although torrefaction improves the physicochemical properties of biomass fuel, release of oxygenated hydrocarbons (in the form of volatiles) from biomass reduces its overall energy. To recover volatiles energy, a new combination of biomass torrefaction and chemical looping volatiles combustion was studied. In this regard, the already comminuted, abundant and cheap iron and magnesium bearing silicate minerals found widely in the form of mining residues in the province of Quebec were tested as solid oxygen carrier and up to 96% of volatiles conversion at 700°C was achieved in CLC reactor. As a supplementary work, we were also interested to explore the potential of mining residues containing sizeable quantities of iron for catalytic cracking of tar released during the gasification of biomass. For this purpose, iron-bearing mining residues and minerals obtained from the mining activities in Quebec were evaluated comparatively to olivine (known as an active mineral for tar cracking) for benzene cracking in simulated syngas. It was found that chrysotile showed up to four-fold increase in benzene and methane conversion than olivine.

Human pressure on forest resources increased significantly during the past decades through land use and land use change, especially in the tropics where forest clearing is a major source of CO2 release in the atmosphere. Consequently, forests are the focus of international environmental policies and discussions aiming to reduce emissions from deforestation and forest degradation (i.e. REDD+). The capacity of participating countries to regularly provide accurate forests C stocks measurements at a national scale thus represents an important challenge to address. In dense forests, generally only the above ground biomass (AGB) is measured as it accounts for more than 50% of total C stocks. However, important gaps remain at each scale of measurement, i.e. from felled tree to regional mapping, with the resulting errors propagation through these different scales being probably the most concerning issue.<p><p>In the present work, we propose to address these issues by using a multi-scale approach in order to improve our global understanding of AGB variations in dense tropical forests of Central Africa. In particular, we studied (i) forest AGB prediction from remote-sensing textural analysis, (ii) the potential role of largest trees as predictor of the entire forest-stand AGB and (iii) intra- and inter-individual radial variation of wood specific gravity (WSG, i.e. oven-dry mass divided by its green volume) and its potential consequences on the estimation of the AGB of the tree. <p>First, we analyzed the potential use of textural analysis to predict AGB distribution based on very high spatial resolution satellite scenes. In particular, we used the Fast Fourier Transform Ordination (FOTO) method to predict AGB from heterogeneous forest stands of the Democratic Republic of the Congo (DRC). Here, based on 26 ground plots of 1-ha gathered from the field, plus a successful combination of Geoeye and Quickbird contrasted scenes, we were able to predict and to map AGB with a robust model (R² = 0.85; RMSE = 15%) based on textural gradients. <p>Secondly, the research of AGB indicators was focused on the dissection of the role played by largest trees. Here we found largest trees not only hold large share of forest carbon stock but they contain the print of most of forest-stand structure and diversity. Using a large dataset from western Cameroon to eastern DRC, we developed a non-linear model to predict forest carbon stock from the measurement of only a few large trees. We found the AGB of the 5 % largest stems allow to predict the AGB of the entire forest-stand yielding an R² of 0.87 at a regional scale. Focusing on largest trees species composition, we also showed only 5 % of species account for 50 % of total AGB.<p>In the end, we investigated inter- and intra-individual WSG variations. Despite recognized inter- and intra-specific variations along the radial axis, their ecological determinants and their consequences on trees aboveground biomass assessments remain understudied in tropical regions. To our knowledge, it has never been investigated in Africa. Using a 3-D X-Ray scanner, we studied the radial WSG variation of 14 canopy species of DRC tropical forests. Wood specific gravity variance along the radial profile was dominated by differences between species intercepts (~76%), followed by the differences between their slope (~11%) and between individual cores intercept (~10%). Residual variance was minimal (~3%). Interestingly, no differences were found in the comparison of mean WSG observed on the entire core and the mean WSG at 1-cm under the bark (intercept ~0; coefficient = 1.03). In addition, local values of WSG are strongly correlated with mean value in the global data base at species level. <p><p>I deeply believe these results favor the development of promising tools to map and to estimate accurately the AGB of tropical forest-stands. The information provided by largest trees on the entire forest-stand is particularly interesting both for developing new sampling strategies for carbon stocks monitoring and to characterize tropical forest-stand structure. In particular, our results should provide the opportunity to decrease current sampling cost while decreasing its main related uncertainties, and might also favor an increase of the current sampling coverage. <p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished