Lors de la valorisation de bois traité en biocarburants, la compagnie CRB Innovations génère des eaux usées. Ces eaux sont fortement contaminées en biocides. Elles contiennent entre autres des composés phénoliques, dont le pentachlorophénol (PCP) ; des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ; du phosphore et des huiles et graisses (H&G). Elles ont aussi un potentiel hydrogène (pH) supérieur à 12. Ce mémoire porte sur l’efficacité de neuf procédés d’oxydation, simple et avancée, à décontaminer ces eaux. L’objectif du projet est l’atteinte des exigences des villes de Sherbrooke et d’East Angus concernant les rejets d’eaux dans les égouts sanitaires. Le tout doit également respecter la gamme de coûts de fonctionnement (OPEX), située entre 1 et 9 [signe de dollar]/m³ d’eaux traitées. Les procédés testés sont : UV, UV/TiO2, Fenton, H2O2, UV/H2O2, O3, O3/UV, O3/H2O2 et O3/UV/H2O2. Les critères étudiés sont, quant à eux, la réduction du pH, de la concentration en PCP et de la demande chimique en oxygène (DCO). Les procédés O3 et O3/H2O2 sont les plus favorables. Ils permettent de répondre aux exigences de pH et de PCP des deux villes après 30 minutes de traitement. Ils permettent également une réduction de la DCO de 30 et 48 % respectivement après 30 minutes. Pour les deux procédés, les conditions optimales sont un dosage d’O3 de 145 mg/L*min, un pH de 12,5 et un temps de traitement de 30 minutes. La concentration en H2O2 est de 3,75 mg/L pour O3/H2O2. Avec O3/H2O2, le pH atteint 7,75 et la concentration en PCP est de 0,07 mg/L après 30 minutes. La demande biologique en oxygène à 5 jours (DBO5) est également réduite considérablement après 30 minutes de traitement. L’efficacité du procédé est toutefois influencée par la matrice des eaux et le facteur d’échelle. Une analyse économique préliminaire a permis d’estimer qu’en conditions optimales les OPEX sont de 11,47 et 3,85 [signe de dollar]/m³ d’eau pour les procédés O3/H2O2 et O3 respectivement. Seul le procédé O3 respecte la gamme de coûts proposée par CRB. L’estimation préliminaire des coûts d’implantation (CAPEX) est de 3 millions [signe de dollar] pour les deux procédés. Compte tenu des résultats expérimentaux et économiques, le procédé O3 semble l’option la plus envisageable pour CRB. Il est toutefois important de s’assurer, par des analyses externes, que toutes les exigences des villes sont respectées avant d’utiliser ce procédé.

Les matières résiduelles deviennent progressivement les ressources de demain. Cette optimisation des matières résiduelles est mise en avant grâce à La Politique québécoise de gestion des matières résiduelles 1998-2008. Représentant près du dixième de l'ensemble des résidus, les rebuts de bois possèdent un important potentiel de mise en valeur. Actuellement, ce potentiel est limité en raison des lacunes dans la gestion de cette matière. Le manque d'options pour les différentes optimisations, relié directement à l'absence de collecte et de triage des résidus, provoque une situation favorisant l'enfouissement comme principal devenir. Ayant pour but d'optimiser le potentiel des rebuts de bois, l'objectif de la présente recherche est de développer une nouvelle approche de gestion intégrée des rebuts de bois au Québec. Pour ce faire, la dynamique de la matière ligneuse a été étudiée et en particulier un outil de collecte qui connaît une ascension fulgurante depuis quelques années: l'écocentre. Suite aux lacunes répertoriées, un modèle a été créé afin de comprendre la dynamique des rebuts de bois dans la société. Ce dernier apporte des solutions concrètes à l'enfouissement des résidus par la mise en place d'établissements (écocentres) permettant de récupérer les matières résiduelles, de les trier adéquatement et de les répartir pour différentes voies de réemploi, de recyclage et de valorisation. De plus, le modèle permet de simuler les changements associés aux différents choix de mises en valeur des résidus dans l'ensemble de la dynamique des matières. Le nombre d'écocentres québécois a connu une très grande popularité au cours de ces dernières années. Cependant, les gestionnaires des écocentres doivent augmenter leur efficacité de traitement des matières résiduelles en optimisant le potentiel des matières résiduelles tout en étant informés et critiques sur les différents modes de mises en valeur des résidus. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Gestion, Matière résiduelle, Bois, Bois traité, Écocentre, Déchetterie.

Le traitement thermique du bois sous une atmosphère gazeuse est un procédé qui vise à améliorer les propriétés du bois. En effet, les bois traités ont une stabilité dimensionnelle améliorée, une nature hygroscopique réduite et une meilleure résistance à la dégradation par divers facteurs (champignons, insectes). L’inconvénient principal du procédé est la longue durée du traitement. Le présent travail explore l’utilisation des liquides ioniques pour le traitement du bois, car ils ont la particularité d’accélérer la décomposition des principaux constituants du bois. Des analyses de surface et des tests de propriétés physico-mécaniques ont été réalisés sur les bois traités. Les analyses de surface ont révélé que les liquides ioniques ont contribué à la dégradation de la lignine, et au développement du caractère hydrophobe du bois. Les tests physico-mécaniques ont quant à eux montré la baisse dans la reprise d’humidité et d’eau, la réduction du gonflement et des propriétés mécaniques. / The heat treatment of wood in a gas atmosphere is a process that aims to improve the properties of wood. Indeed, treated wood possesses improved dimensional stability, reduced hygroscopic nature and resistance to degradation by various factors (fungi, insects). The main disadvantage of the method is the long duration of treatment. This work explores the possibility of using ionic liquids for the treatment of wood as they have the particularity to accelerate the decomposition of the main wood constituents. Surface analysis and testing of physical and mechanical properties were performed on treated wood. The surface analysis showed that ionic liquids have contributed to the degradation of lignin as well as the development of the hydrophobic character of the wood. The physical and mechanical tests have meanwhile revealed that lower moisture and water absorption contents, decreased the swelling and mechanical properties.

Les déchets de bois traités représentent 27% du gisement des déchets dangereux en France. Ces déchets sont incinérés dans des installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE). Néanmoins, leur incinération nécessite des équipements robustes et coûteux pour le lavage des gaz et des fumées toxiques. Dans ce contexte, le présent travail a pour objectif d’élaborer et de mette en oeuvre d’autres voies de valorisation énergétique des déchets de bois traités par des procédés thermochimiques. Pour cela, les procédés de pyrolyse et d’hydroliquéfaction ont été mis en oeuvre principalement pour la valorisation énergétique des déchets de bois traités aux sels de CCB (cuivre-chrome-bore) qui représentent 8750 tonnes/an en France. Le bois imprégné de sels de CCB dans nos laboratoires conformément au traitement industriel, a été étudié afin de maîtriser le bilan des métaux dans les différents produits de pyrolyse et d’hydroliquéfaction. Une étude préliminaire de son comportement thermique a été menée par analyse thermogravimétrique dans le but de déterminer l’intervalle de température effectif à sa dégradation massique. Dans cet intervalle de température, les paramètres expérimentaux de pyrolyse lente ont été optimisés pour piéger les métaux dans le charbon. Par la suite, une étude paramétrique par la méthode des plans d’expérience a été réalisée pour la conversion du charbon en bio-huile. De plus, l’optimisation de l’hydroliquéfaction pour la conversion du bois traité en bio-huile a été effectuée. Les résultats montrent que les métaux initialement présents dans le bois traité sont répartis entre la bio-huile et le coke quelque soit la voie de valorisation énergétique empruntée (hydroliquéfaction/pyrolyse+hydroliquéfaction). Cependant la bio-huile présente des caractéristiques proches de celles des biodiesels. L’utilisation de catalyseur au cours de l’hydroliquéfaction du charbon de pyrolyse améliore non seulement la qualité de la bio-huile mais aussi le bilan d’énergie sur le procédé. / The amount of treated-wood waste was estimated to 27% of the deposit of hazardous waste in France. These wastes are incinerated in specials incineration plants “installations classées pour la protection de l’environnement”. However, incineration produces harmful residues and contaminated gases released into the atmosphere inevitably. In this context, this work aims to develop and implement other ways of energy recovery from treated-wood waste using thermo-chemical processes. For this, the pyrolysis and hydroliquefaction processes were performed for energy recovery from CCB treated wood waste (copper-chromium-boron) representing 8750 t / year in France. Natural wood were impregnated with salts of CCB in our laboratories according to industrial processing to control the balance of metals in pyrolysis and hydroliquefaction products. A preliminary study was carried out by thermogravimetric analysis in order to determine the temperature range for effective mass degradation of CCB treatedwood. In this temperature range, the experimental parameters of slow pyrolysis have been optimized to concentrate metals in charcoal. Subsequently, a parametric study was conducted by the method of experimental design for the conversion of coal into bio-oil. In addition, the optimization of the conversion hydroliquefaction treated wood into bio-oil was performed. The results show that the metals initially present in the treated wood are divided between the bio-oil and coke whatever the processes energy recovery used (hydroliquefaction / pyrolysis + hydroliquefaction). However, the immediate characteristics of bio-oil and biodiesel are quite similar. The use of catalyst during charcoal conversion improves the quality of the bio-oil but also the energy balance of the process.

Les déchets de bois traités représentent 27% du gisement des déchets dangereux en France. Ces déchets sont incinérés dans des installations classées pour la protection de l'environnement (ICPE). Néanmoins, leur incinération nécessite des équipements robustes et coûteux pour le lavage des gaz et des fumées toxiques. Dans ce contexte, le présent travail a pour objectif d'élaborer et de mette en oeuvre d'autres voies de valorisation énergétique des déchets de bois traités par des procédés thermochimiques. Pour cela, les procédés de pyrolyse et d'hydroliquéfaction ont été mis en oeuvre principalement pour la valorisation énergétique des déchets de bois traités aux sels de CCB (cuivre-chrome-bore) qui représentent 8750 tonnes/an en France. Le bois imprégné de sels de CCB dans nos laboratoires conformément au traitement industriel, a été étudié afin de maîtriser le bilan des métaux dans les différents produits de pyrolyse et d'hydroliquéfaction. Une étude préliminaire de son comportement thermique a été menée par analyse thermogravimétrique dans le but de déterminer l'intervalle de température effectif à sa dégradation massique. Dans cet intervalle de température, les paramètres expérimentaux de pyrolyse lente ont été optimisés pour piéger les métaux dans le charbon. Par la suite, une étude paramétrique par la méthode des plans d'expérience a été réalisée pour la conversion du charbon en bio-huile. De plus, l'optimisation de l'hydroliquéfaction pour la conversion du bois traité en bio-huile a été effectuée. Les résultats montrent que les métaux initialement présents dans le bois traité sont répartis entre la bio-huile et le coke quelque soit la voie de valorisation énergétique empruntée (hydroliquéfaction/pyrolyse+hydroliquéfaction). Cependant la bio-huile présente des caractéristiques proches de celles des biodiesels. L'utilisation de catalyseur au cours de l'hydroliquéfaction du charbon de pyrolyse améliore non seulement la qualité de la bio-huile mais aussi le bilan d'énergie sur le procédé.

Tous les produits de construction ou les ouvrages qui sont en contact avec l’eau de pluie, sont susceptibles de relarguer des composants chimiques potentiellement dangereux pour la santé humaine et l’environnement. Actuellement, le relargage des substances dangereuses dans l’eau est évalué essentiellement par des méthodes expérimentales - généralement des essais de lixiviation réalisées à l’échelle du laboratoire. Par ailleurs, les impacts environnementaux des produits de construction et des bâtiments sont évalués par l’approche Analyse de Cycle de Vie (ACV), réalisées à partir de données propres aux fabricants et de données génériques existantes constituées en bases de données. Or, les émissions de polluants pendant la vie en oeuvre des produits de construction sont actuellement mal prises en compte dans ces mêmes bases de données existantes et dans les méthodes utilisées pour l’évaluation des performances environnementales des produits et des bâtiments.Dans ce contexte, les objectifs de ces travaux ont été : (i) de développer une méthodologie pour l’évaluation du comportement à la lixiviation de différentes matrices de produits de construction et (ii) d’intégrer les données de lixiviation dans les méthodes ACV à l’échelle du bâtiment. La méthodologie développée pour l’évaluation du comportement à la lixiviation des produits de construction est basée sur : (1) des essais de caractérisation à la lixiviation, selon les méthodes standardisées d’évaluation répondant au Règlement Produits de Construction (RPC), (2) la modélisation et la simulation des phénomènes couplés chimie-transport à l’échelle laboratoire et vraie grandeur et (3) l’intégration des données de lixiviation, obtenues par des simulations numériques en conditions d’exposition naturelle des produits de construction, dans les méthodes ACV, aux échelles produit et bâtiment.La méthodologie proposée a été appliquée et validée sur trois produits de construction : le bois traité CBA (Cuivre - Bore - Azole), la plaque fibrociment et la membrane bitumineuse. Les comportements à la lixiviation du bois traité CBA et de la plaque fibrociment a été simulé pour des conditions naturelles d’exposition à long terme, en utilisant le logiciel géochimique PHREEQC®. Les modèles chimiques développées permettent de considérer les matrices organiques et minérales et leurs interactions avec les polluants. Les phénomènes de transport des substances ont été également modélisés. Les modèles d’émission développés (couplage chimie-transport) permettent de simuler la lixiviation dynamique des produits considérés, pour différentes conditions d’exposition. Pour la membrane bitumineuse, seule la caractérisation expérimentale a été réalisée. Les données de lixiviation obtenues lors des simulations sur la durée de vie en oeuvre des produits ont été intégrées dans les inventaires respectifs du cycle de vie (ICV) des produits. Des méthodes d’impact spécifiques ont été utilisées en association avec les inventaires enrichis pour évaluer les impacts “pollution de l’eau”, “toxicité humaine” et “écotoxicité” des produits considérés. L’ACV d’une maison simplifiée a été réalisée en utilisant le logiciel ELODIE. La méthode d’évaluation à l’échelle bâtiment consiste à intégrer les nouvelles données construites sur la base de la méthodologie développée à l’échelle produit aux autres données d’ACV à l’échelle bâtiment. La méthodologie développée au cours de ces travaux permet donc l’intégration des données de lixiviation dans les outils ACV dédiés au bâtiment / Any construction product and building undergoing contact with water during its life cycle can release chemical compounds potentially hazardous for the human health and the environment. The release of dangerous substances is presently investigated especially by experimental approaches commonly by laboratory leaching tests while the environmental impacts of construction products and buildings are evaluated by a Life Cycle Assessment (LCA) approach. The dangerous substances release during use stage of construction products (leaching behaviour) is currently very poorly represented in the existing data bases and methods for environmental assessment of construction products and buildings.In this context, the main objectives of this study were: (i) to develop a methodology for the assessment of the leaching behaviour of various construction products and (ii) to integrate the leaching data in LCA approach at building scale. The methodology developed for the assessment of the leaching behaviour of construction products is based on: (1) characterisation leaching tests at lab scale, following the horizontal standardised assessment methods for harmonised approaches relating to dangerous substances under the Construction Products Regulation (CPR), (2) modelling and simulation of coupled chemical and transport phenomena at lab and field scale, and (3) utilisation of simulated leaching data for the construction products exposed in natural condition with the LCA method for the characterization of the hazardous effect during the use stage. The proposed methodology was applied and validated on three different classical construction products i.e. CBA (Copper-Boron-Azole) treated wood, fibre-cement sheets and bitumen membranes. The leaching behaviour of CBA treated wood and fibre-cement sheets was simulated over several years under natural exposure conditions, using the geochemical software PHREEQC. The chemical models consider both the mineral and the organic matrixes and their interaction with treatmentcompounds. Mass transfer and transport phenomena were modelled. The developed coupled chemical-transport models are able to represent the dynamic leaching behaviour of the respective products in various leaching conditions. For bitumen membranes only experimental characterisation was possible. The leaching data obtained by simulation over the whole use stage of the products were integrated in the life cycle inventory (LCI) and the relevant life cycle impact assessment (LCIA) methods were applied with the enriched inventory. A simplified single-family house was modelled using a software designed to evaluate the intrinsic environmental performances of a building over its entire life cycle. ELODIE software was used in this work. The building scale assessment methodology is based on coupling the methodology developed for the product scale with the Life Cycle Assessment (LCA) at building scale. This methodology allows a proper integration of leaching data in LCA tools and answers several technical questions raised in the field