Les coûts de transport représentent une grande partie des coûts d'exploitation des entreprises de recyclage du bois. Le problème que nous étudions est le problème du transport avec retour en charge, au sein duquel une entreprise doit décider comment connecter ses points d'approvisionnement et de demande en utilisant des itinéraires. Dans ce mémoire, le problème résolu est un cas particulier du problème de transport dans lequel le producteur n'a qu'une seule usine. Ce cas spécial est rarement étudié dans la littérature scientifique. Nous utilisons un modèle de programmation linéaire pour résoudre ce problème. Nous présentons les résultats obtenus lorsque nous appliquons cette approche aux données d’une entreprise de recyclage du bois. Nous étudions l'effet de l'horizon temporel de planification en comparant la planification annuelle des transports à la planification hebdomadaire. Nous comparons aussi l’effet de différents calculs de distance, différents types de camion et différents objectifs d’optimisation. Les résultats montrent 42% d'économies de temps de déplacement pour la planification annuelle et 36% d'économies pour la planification hebdomadaire. Nous analysons également la répartition des économies entre un ensemble de transporteurs et rapportons que 49% des économies impliquent le transporteur priorisé par la société de recyclage. Lorsque nous ajoutons des contraintes aux types de camions pouvant effectuer des retours en charge, les économies chutent à 17%. Ces contraintes résultent du fait que les entreprises de recyclage du bois utilisent différentes catégories de matériaux et nécessitent par conséquent des configurations de camions spécifiques. Enfin, une analyse des coûts de transport et des revenus de la société de recyclage montre que notre modèle peut potentiellement augmenter considérablement les revenus de transport. / Transportation costs represent a large portion of the operation costs for wood recycling companies. The problem we study is the transportation with backhaul problem in which a company must decide how to connect its supply and demand points using routes. In this master’s thesis, the problem solved is a special case of the transportation problem where the producer only has one mill. This special case is rarely studied in the scientific literature. We use a linear programming model to solve these problems. We present results obtained when applying this approach to data from a wood recycling company. We investigate the effect of the planning time horizon by comparing yearly transportation planning against weekly planning. We also compare the effect of different distance calculations, different types of trucks and different optimization goals. The results show 42% in traveled time savings for yearly planning and 36% in savings for weekly planning. We also analyse the distribution of the backhaul savings among a set of carriers and report that 49% of the savings involved the recycling company’s prioritized carrier. When we add constraints on truck types that can perform backhauls, savings drop to 17%. These constraints result from the fact that wood recycling companies handle different categories of materials and therefore require specific truck configurations. Finally, an analysis of the recycling company’s transportation costs and revenues show that our model has the potential to substantially increase transportation revenues.

Titre de l'écran-titre (visionné le 11 janvier 2024) / Le but de ce projet est de concevoir un nouveau composite de type « bois-plastique » à base de poly(succinate de butyle) (PBS) et de fibres d'érable. La fibre d'érable provient d'un rejet de l'industrie forestière sous forme de poudre, tandis que la résine PBS (vierge) est disponible sous forme de granulés. Les échantillons de composite sont produits selon la méthode d'extrusion puis moulés à l'aide d'une presse à injection. Le travail se décompose en trois parties. La première partie étudie l'effet de la concentration de fibres d'érable (0 à 40% en poids) dans le composite. Selon les résultats de caractérisations obtenus (mécanique, physique et morphologique), la deuxième partie étudie l'effet de la concentration (0 à 15% en poids) d'un agent couplant commercial (polypropylène greffé d'anhydride maléique, MAPP). Finalement, la troisième partie étudie le comportement au recyclage mécanique en boucle fermée pour le composite optimisé (30% de fibres d'érable et 10% d'agent couplant). Comme conclusion principale, on observe que le composite a vu ses propriétés augmenter à l'aide de l'agent couplant mais pas de façon significative. Il présente néanmoins une bonne conservation de ses propriétés au recyclage. Cette étude aura permis de montrer que la méthode d'extrusion fonctionne pour le composite à base de PBS et de fibres de bois. Cependant, il faudra revoir la partie de compatibilisation matrice/renfort pour le futur. / The goal of this project is to design a new wood-plastic composite based on poly(butyl succinate) (PBS) and maple fibres. Maple fibres are residues from the forest industry in a powder form, while PBS (virgin) is available in pellets. The composites are produced using extrusion and then molded via injection molding. The work is divided into three parts. The first part studies the effect of maple fibers concentration (0 to 40% by weight) in the composite. Based on the characterization results obtained (mechanical, physical and morphological), the second part studies the effect of the concentration (0 to 15% by weight) of a commercial coupling agent (polypropylene grafted with maleic anhydride, MAPP). Finally, the third part studies the behavior under mechanical recycling in a closed loop for the optimized composite (30% maple fibers and 10% coupling agent). As a main conclusion, it is observed that the composite has better properties with the addition of the coupling agent, but not significantly. Nevertheless, it retains its properties in recycling. This study shows that extrusion works well for composites based on PBS and wood fibers. However, it will be necessary to review the matrix/reinforcement compatibility part in future work.

La transformation des résidus forestiers en bioénergie est une façon de récupérer et d'ajouter de la valeur à ces résidus et de produire une forme d'énergie renouvelable pouvant remplacer des produits d'origine fossile. L'objectif de ce projet était de quantifier la variabilité chimique et physique de résidus forestiers de différentes classes de décomposition et d'espèces récoltées dans six régions du Québec. Les résidus étudiés étaient composés de parties d'arbre (troncs ou branches) laissées sur les parterres de coupe après la récolte de bois destiné aux produits du sciage et de la pâte. L'analyse de ces données nous a permis de constater que les variables telles que l'espèce et la région expliquent en partie la variabilité des caractéristiques chimiques du bois. Ces données sont essentielles pour évaluer le potentiel de ces résidus pour la production de bioénergie et pour optimiser les procédés de conversion. La compréhension des différences entre les résidus permettra d'identifier les meilleures stratégies pour transformer ceux-ci en produits de bioénergie par des processus thermochimiques ou biochimiques. Cette étude des propriétés physiques et chimiques des résidus forestiers au Québec offre des perspectives significatives pour le développement futur et l'optimisation de la production de bioénergie au Québec. Une meilleure compréhension des facteurs qui influencent la faisabilité de la conversion de la biomasse forestière en énergie permet de concevoir des stratégies plus efficaces de gestion durable des forêts. En outre, ces connaissances pourraient contribuer au développement de technologies et de procédés plus efficaces pour la production de bioénergie à partir de la biomasse forestière, ce qui pourrait avoir un impact positif sur l'industrie énergétique du Québec et sur sa capacité à répondre à la demande croissante d'énergie d'une manière respectueuse de l'environnement. / The conversion of forest residues into bioenergy is a way of recovering and adding value to these residues and producing a renewable form of energy that can replace products of fossil origin. The aim of this project was to quantify the chemical and physical variability of forest residues of different decomposition classes and species harvested in six regions of Quebec. The residues studied consisted of tree parts (trunks or branches) left on cutblocks after the harvesting of wood for sawmills and pulp mills. Analysis of these data showed that variables such as species and region of origin explain some of the variability in wood chemical characteristics. These data are essential for assessing the potential of these residues for bioenergy production and for optimizing conversion processes. Understanding the differences between residues will enable us to identify the best strategies to transform them into bioenergy products through thermochemical or biochemical processes. This study of the physical and chemical characteristics of forest residues in Quebec offers significant perspectives for the future development and optimization of bioenergy production in Quebec. A better understanding of the factors influencing the feasibility of converting forest biomass into energy will enable us to design more effective strategies for sustainable forest management. Furthermore, this knowledge could contribute to the development of more efficient technologies and processes for the production of bioenergy from forest biomass, which could have a positive impact on Quebec's energy industry and its ability to meet the growing demand for energy in an environmentally friendly way.

Les résidus de bois génèrent de grands volumes de lixiviat par percolation ou suite à des activités manufacturières de transformation. Ce lixiviat contient souvent de fortes concentrations de composés phénoliques qui sont des contaminants environnementaux, classés disrupteurs endocriniens dont la gestion et le traitement appropriés s'imposent pour réduire les impacts environnementaux associés. Cette thèse traite les aspects de ce défi environnemental en contribuant à déterminer les mécanismes en présence lors du procédé de traitement de ces lixiviats par biofiltration aérée. L'évaluation de l'efficacité du traitement nécessitent le développement de méthodes de détection et d'analyse rapides, précises et reproductibles pour quantifier avec précision les composés phénoliques ce qui est l'un des premiers défis rencontrés lors de l'étude. Dans un premier temps, une méthode d'analyse a été développée et validée. Des analyses par chromatographie liquide (LC) avec détection ultraviolette (UV) et préparation d'échantillons par extraction en phase solide (SPE) sur des cartouches Oasis HLB ont été réalisées et adaptées pour quantifier huit composés phénoliques prioritaires dans le lixiviat de résidus de bois. La méthode a été validée sur une solution synthétique simulant le lixiviat de bois, puis sur le lixiviat réel enrichi à 1 µg mL⁻¹. La méthode développée et validée a été appliquée pour quantifier les composés phénoliques dans le lixiviat réel. Les courbes d'étalonnage étaient linéaires pour tous les composés dans l'intervalle de 1 à 30 µg mL⁻¹, et des taux de récupération élevées variant entre 93,5 % pour le 2-chlorophénol et 112,8 % pour le 4-nitrophénol ont été obtenues. Les limites de détection variaient de 0,06 µg L⁻¹ pour le 2-chlorophénol à 0,129 µg L⁻¹ pour le phénol. La méthode proposée réduit les interférences, le bruit de fond, le temps d'analyse, la quantité de solvants organiques et est moins coûteuse par rapport aux autres méthodes. Ensuite des essais en batch ont été réalisées pour comprendre et clarifier le mécanisme de sorption des composés phénoliques dans les lixiviats des résidus de bois par la tourbe en tant que media. Les mécanismes ont été étudiés séparément par isolement de chacun et le mécanisme de sorption a été suivi dans la présente étude en inhibant le processus biologique. L'étude cinétique a montré que la capacité maximale de sorption était atteinte entre 20-24 h à 10°C, et entre 16-20 h à 20°C ; Cependant, c'est pendant les premières heures que le processus de sorption est élevé. La capacité maximale de sorption a été évaluée à 68,5 mg/kg (57,87% de la concentration initiale) pour les composés les plus polaires : 4-nitrophénol, phénol et 2-chlorophénol, et à 35,2 mg/kg de tourbe pour les composés les moins polaires tels que 2,4-diméthylphénol dans des conditions de pH 4 et à 10°C. Les méthodes biologiques sont efficaces, innovantes et économiques. En particulier, le procédé de biofiltration qui présente divers avantages par rapport aux autres technologies (CAS et MBR). Deux filtres pilotes, avec et sans activité biologique ont été conçus pour suivre en continu les mécanismes. Cette étude suppose que les trois mécanismes de volatilisation, sorption et biodégradation sont présents, confirme ces hypothèses et détermine la contribution de chaque mécanisme. Une bonne efficacité a été obtenue dans le biofiltre et 97 % et 98,2 % de l'élimination de la DCO et de la DBO ont été observées, respectivement. D'excellentes performances ont été obtenues et ont atteint 99,9 % d'élimination des concentrations initiales pour tous les composés phénoliques. / Wood residues generate large volumes of leachate through percolation or following manufacturing transformation activities. This leachate often contains high concentrations of phenolic compounds which are environmental contaminants, classified as endocrine disruptors, which must be managed and treated appropriately to reduce the associated environmental impacts. This thesis deals with aspects of this environmental challenge by helping to determine the mechanisms involved in the treatment process for these leachates by aerated biofiltration. To evaluate the treatment with accuracy, the development of rapid, precise and reproducible detection and analysis methods is required to accurately quantify phenolic compounds, which is one of the first challenges encountered during the study. First, an analysis method was developed and validated. Liquid chromatography (LC) analyzes with ultraviolet (UV) detection and solid phase extraction (SPE) sample preparation on Oasis HLB cartridges were performed and adapted to quantify eight priority phenolic compounds in wood residue leachate. The method was validated on a synthetic solution simulating wood leachate, then on real leachate enriched at 1 μg mL⁻¹. The developed and validated method was applied to quantify phenolic compounds in real leachate. Standard curves were linear for all compounds in the range of 1 to 30 μg mL⁻¹, and high recoveries ranging from 93.5% for 2-chlorophenol to 112.8% for 4- nitrophenol were obtained. Detection limits ranged from 0.06 μg L⁻¹ for 2-chlorophenol to 0.129 μg L⁻¹ for phenol. The proposed method reduces interferences, background noise, analysis time, amount of organic solvents and is less expensive compared to other methods. Then batch tests were carried out to understand and clarify the mechanism of sorption of phenolic compounds in wood residue leachate by peat as media. The mechanisms were studied separately by isolation of each and the sorption mechanism was followed in the present study by inhibiting the biological process. The kinetic study showed that the maximum sorption capacity was reached between 20-24 h at 10°C, and between 16-20 h at 20°C; However, it is during the first hours that the sorption process is high. The maximum sorption capacity was evaluated at 68.5 mg/kg (57.87% of the initial concentration) for the most polar compounds: 4-nitrophenol, phenol and 2-Chlorophenol, and at 35.2 mg/Kg peat for less polar compounds such as 2,4-dimethylphenol under conditions of pH 4 and 10°C. Biological methods are effective, innovative and economical. In particular, the biofiltration process which has various advantages over other technologies (CAS and MBR). Two pilot filters, with and without biological activity, were designed to continuously monitor the mechanisms. This study assumes that the three mechanisms of volatilization, sorption and biodegradation are present, confirms these hypotheses and determines the contribution of each mechanism. Good efficiency was achieved in the biofilter and 97% and 98.2% removal of COD and BOD were observed, respectively. Excellent performance was obtained and achieved 99.9% removal of initial concentrations for all phenolic compounds.

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.

Lors de l'implantation d'un verger d'arbres fruitiers, ces derniers peuvent être vulnérables au manque d'eau et à la compétition des mauvaises herbes. Le recours à l'irrigation et aux paillis sont des moyens efficaces pour permettre un meilleur établissement des plants. Toutefois, intervenir de la sorte a forcément des impacts sur l'environnement immédiat de la plante. C'est pourquoi, la disponibilité des éléments nutritifs du sol, le statut nutritionnel des feuilles et la croissance végétative de six cultivars d'argousier (Hippophae rhamnoides L.) ont été mesurés durant deux saisons sous différentes conditions. Deux régies d'irrigation gérées en fonction de la tension du sol, soit 25 et 60 cbars, deux cultivars allemands, "Askola' et "Hergo', et quatre cultivars lettons, "Golden Rain', "Mary', "Sunny' et "Tatjana', ainsi que deux types de paillis, plastique noir et bois raméaux, constituaient ce dispositif expérimental de 720 plants implantés à Saint-Laurent, Île d'Orléans au Québec. D'abord, le contenu du sol en N, P, K, Mg et Ca n'a pas été influencé différemment par les deux régies d'irrigation ou par les cultivars. Toutefois, le paillis de plastique a favorisé l'augmentation du contenu du sol en NO3- et le paillis de bois raméal l'accroissement du K. Le contenu en éléments nutritifs des feuilles et la croissance végétative ont été différents d'un cultivar à l'autre et ont été influencés différemment par la régie d'irrigation et le type de paillis. En 2004, les teneurs des feuilles en Ca et Mg étaient plus élevées avec le paillis de plastique et celle en K était plus élevée avec le paillis de bois raméaux. En 2005, seul la teneur en K était plus élevée avec le paillis de bois raméal. Cette différence de teneur provient de l'enrichissement en K du sol par le paillis de bois raméaux. En 2004, la croissance en diamètre du tronc des plants a été supérieure avec l'irrigation déclenchée à 25 cbars et le paillis de bois raméaux. L'année suivante, la croissance en hauteur des cultivars "Hergo' et "Sunny' a été supérieure avec la régie d'irrigation déclenchée à 25 cbars. Le paillis de plastique a également favorisé la croissance en hauteur des cultivars "Hergo', "Sunny' et "Tatjana', tandis que celle de "Golden Rain' a été supérieure avec le paillis de bois raméaux. La saison suivante, la croissance moyenne, tous cultivars confondus, a été supérieure avec le paillis de bois raméaux.

L'industrie d'extraction des molécules volatiles de HVA reste typiquement artisanale, l'opération est réalisée par entraînement à la vapeur généralement en plusieurs heures. L'extraction par solvant organique n'est en effet utilisée qu'à de très faibles échelles. L'entraînement à la vapeur souffre cependant d'inconvénients majeurs dont la durée particulièrement importante et la forte consommation d'énergie, ainsi que l'énorme dégradation thermique liée aux modifications chimiques irréversibles des composants thermolabiles. En revanche, bien que l'utilisation de solvants implique inévitablement des étapes de séparation et mène ainsi à un produit relativement pur, la présence de traces de solvants reste en contradiction avec les normes de qualité de plus en plus contraignantes. Ces difficultés ont mené à proposer l'utilisation de fluides à l'état supercritique (exemple : CO2) dans l'extraction des huiles essentielles. Bien que le procédé permette d'obtenir un extrait de haute qualité, les conditions technologiques (~100 bar) requises impliquent un coût trop élevé. En raison de son importance économique, et afin de répondre aux exigences sans cesse croissantes des consommateurs, nous avons mené une étude visant la définition, l'optimisation et la réalisation à l'échelle industrielle d'un procédé innovant applicable au cas du bois. Ce procédé de Détente Instantané Contrôlée (DIC), est fondé sur le processus d'autovaporisation instantanée. L'autovaporisation du liquide complexe (eau + composés volatiles) est corrélée au passage abrupt donc très rapide du système vers un niveau de pression voisin de 50 mbar, à partir d'un état initial de haute pression de vapeur (quelques bars) et de température nettement supérieure à celle de l'équilibre final. Le taux d'évolution ∆P/∆t supérieur à 2.105 Pa.s-1 caractérisant la détente DIC, permet des modifications de structure des parois cellulaires et la libération de composés « volatiles ». Le refroidissement lié à cette détente induit l'arrêt des réactions de dégradation thermique. Ce procédé permet d'aboutir à un produit de haute qualité (absence de solvant organique et de dégradation thermique). La cinétique de l'opération est très intéressante, quelques minutes permettent d'aboutir à des rendements d'extraction importants ce qui implique des coûts de fonctionnement particulièrement intéressants. Les résultats obtenus démontrent l'efficacité du procédé DIC, les rendements d'extraction sont supérieurs à ceux de l'entraînement à la vapeur (de l'ordre de 1.2% au lieu de 0.8%). Le procédé peut être exploiter dans des scieries de grande taille pour l'extraction des molécules de HVA à partir de la sciure de bois destinée à être brûlé. Il peut être aussi utilisé pour l'extraction des huiles essentielles à partir de multiples végétaux tel que la lavande le romarin le ylang ylang...ou pour l'extraction des principes actifs à partir des fruits et légumes.