La capture du dioxyde de carbone (CO2) en postcombustion est une stratégie importante pour la limitation de l’effet de serre. Le procédé de référence est l’absorption du CO2 dans des solutions aqueuses aminées, suivie par une étape de stripage du solvant. La technologie mature associée à ce procédé est la colonne à garnissage. Toutefois, afin de rendre le procédé plus attractif, il convient de l’intensifier en réduisant le volume des équipements et le coût énergétique associé. Les contacteurs membranaires à fibres creuses (CMFC) constituent une alternative aux colonnes à garnissage. Les CMFC permettent de développer d’importantes aires spécifiques conduisant potentiellement à une intensification des transferts gaz-liquide. Ainsi, l’utilisation des CMFC réduirait la taille des installations, mais aussi diminuerait la consommation énergétique par la diminution de la quantité de vapeur de stripage. Cependant, l’utilisation de CMFC dans les étapes d’absorption et de stripage dans des conditions industrielles a été peu étudiée. Afin de combler cette lacune, des modèles à différents niveaux de complexité : monodimensionnel, bidimensionnel, isotherme et adiabatique ont été développés, comparés et validés. Ceci afin d’identifier le niveau de complexité approprié. Les résultats de simulation ont mis en évidence le potentiel d’intensification des CMFC dans l’étape d’absorption et aussi de stripage, se traduisant par une réduction en volume de 4 à 10 fois par rapport aux colonnes à garnissage. Néanmoins, les CMFC peuvent difficilement réduire le coût énergétique du procédé étant donné que l’étape de stripage fonctionne dans des conditions très proches de la limite thermodynamique / Post-combustion CO2 capture (PCC) is an important strategy in mitigating greenhouse effect. The reference process in PCC is the CO2 absorption into amine aqueous solutions, followed by the regeneration (or stripping) of the solvent. The robustness of packed columns makes it the standard technology for both absorption and stripping steps. However, the treatment of large quantities of flue gases requires itself equipment of a large size. Hollow fibre membrane contactors (HFMC) are considered as one of the most promising strategies for intensified CO2 absorption process, due to their significantly higher interfacial area than that of packed columns, allowing to reduce the equipment size. In addition, this would reduce the energy penalty of the process by reducing the required amount of stripping steam. However, despite the potential advantages of HFMC, very few investigations have studied implementing this technology for PCC within an industrial framework. To fill this lack, the performances of both absorption and stripping steps using HFMC under industrial conditions were estimated by modelling and simulation. To identify the optimal modelling strategy, transfer models with different levels of complexity were developed ranging from one-dimensional isothermal single-component to two-dimensional adiabatic multi-component. Simulation results of both absorption and stripping steps revealed that, compared to traditional packed columns, contactor volume reduction factors comprised between 4 and 10 might be achieved using HFMC. However, since the stripping operating conditions are very close to thermodynamic equilibrium, HFMC can hardly reduce the energy consumption of the process

Ce travail porte sur l'étude de la capacité d'absorption du CO2 par différents types d'amines dissoutes en milieux aqueux et non aqueux. Ce dernier est constitué d'un mélange de chlorure de choline et d'éthylène glycol dans une proportion molaire respectivement de 1 pour 2. Ce solvant, communément appelé "Ethaline", appartient à la catégorie dite des « Solvants à Eutectique Profond » ainsi désignés car leur composition eutectique permet d'obtenir des mélanges généralement liquides à température ambiante. Pour ce faire un appareil d'équilibre liquide-vapeur avec analyse en ligne de la phase vapeur par GC a été réalisé et son fonctionnement validé. Les isothermes d'absorption du CO2 ainsi que la volatilité (composition de la phase vapeur) des mélanges étudiés, avec et sans CO2, ont été déterminées à différentes températures et pour différentes compositions en amines. Le domaine de pression exploré est particulièrement large : du Pascal à 800 kPa. L'étude a montré que la substitution de l'eau par "l'Ethaline" conduit à une capacité d'absorption du CO2 presque identique à celle de la MEA et DEA en solution aqueuse. Par contre dans le cas de la MDEA on observe une capacité d'absorption plus faible en milieu « Ethaline » qu'en milieu aqueux. Les isothermes d'absorption du CO2 des trois classes d'amines en milieu aqueux et non aqueux ont été corrélés par les modèles semi empiriques de (Gabrielsen et al., 2005) initialement établis par ces auteurs pour les solutions aqueuses (un modèle pour les amines primaires et secondaires conduisant à la formation de carbamates en présence de CO2, un modèle pour les amines tertiaires donnant des sels d'ammonium avec le CO2). Nous avons montré que ces deux modèles représentent avec succès les isothermes d'absorption en milieu non aqueux. Les constantes d'équilibre et les enthalpies de réaction qui s'en déduisent montrent que ces dernières sont plus faibles (en valeur absolue) pour la MEA et TMDEA en solution éthaline qu'en solution aqueuse. Dans le cas de la MDEA la nature du solvant n'a qu'une influence minime sur l'enthalpie de réaction. Les valeurs expérimentales des volatilités des amines dans les différents mélanges Amine- CO2 en milieu aqueux ont été corrélées par différents modèles semi-empiriques. Trois modèles thermodynamiques de coefficients d'activité ; le modèle de Wilson, NRTL et UNIQUAC ont été utilisés afin de restituer les données expérimentales de l'équilibre liquide-vapeur des systèmes aqueux d'amines (sans CO2). Une représentation satisfaisante des résultats expérimentaux par les trois modèles a été obtenue / This work focuses on the study of the absorption capacity of CO2 by different types of dissolved amines in aqueous and non-aqueous media. The latter consists of a mixture of choline chloride and ethylene glycol in a molar proportion of 1 to 2 respectively. This solvent, commonly called "Ethaline", belongs to the category called "Deep Eutectic Solvents" so designated because their eutectic composition makes it possible to obtain mixtures that are generally liquid at room temperature. With this aim, a liquid-vapor equilibrium apparatus with on-line analysis of the vapor phase by GC was performed and its operation validated. The CO2 absorption isotherms and the volatility (composition of the vapor phase) of the studied mixtures, with and without CO2, were determined at different temperatures and for different amine compositions. The explored pressure range is particularly large: from 1 Pa to 800 kPa. The study showed that the substitution of water by "Ethaline" leads to a CO2 absorption capacity almost identical to that of MEA and DEA in aqueous solution. On the other hand, in the case of MDEA, a lower absorption capacity is observed in Ethaline than in aqueous medium. In the hypothesis of a use of the DES+amine solvent for CO2 capture in post-combustion process, a decrease of the vapor pressure of the solvent (comparing to that of water+amine) has an advantage because of the low solvent loss due to vaporization in the absorber. The second advantage is most likely a lower effect of equipment corrosion, the third positive point is a lower enthalpy of absorption of MEA and MDEA in (1 ChCl : 2 EG) comparing to aqueous medium, resulting in a possible saving of energy in the regenerator of almost 40%. The disadvantage of the use of amines in "Ethaline" solution is the high viscosity of this solvent which decreases the kinetics of material transfer and reaction with CO2. The CO2 absorption isotherms and the experimental values of the amine volatilities in the different Amine-H2O-CO2 mixtures were well correlated by different semi-empirical models. Three thermodynamic models based on the activity coefficients; the Wilson model, NRTL and UNIQUAC were used to restitute experimental data for the liquid-vapor equilibrium of aqueous amine systems (without CO2). A satisfactory representation of the experimental results by the three models was obtained

Dans une stratégie de diversification des apports en acides gras polyinsaturés très longue chaîne n-3 (AGPI TLC n-3), essentiels à la santé de l'Homme et majoritairement apportés par les produits de la mer, l'objectif de la thèse était de mieux comprendre les mécanismes cellulaires pouvant expliquer la faible teneur en AGPI TLC n-3 présente dans le muscle de bovin, ceci en explorant trois voies métaboliques de ces acides gras potentiellement limitantes (biosynthèse, captage facilité et peroxydation non-enzymatique) par des approches de qPCR ou de transcriptomique. Les principaux résultats montrent que le foie et les muscles de bovin possèdent tout le matériel génétique nécessaire à la synthèse des AGPI TLC n-3 et pourraient donc assurer leur synthèse, sauf chez le mâle entier où l'expression du gène de l'élongase 5 est réprimée par la présence d'hormones sexuelles mâles. D'autre part, les teneurs musculaires en AGPI TLC n-3 plus élevées avec un régime base d'herbe par rapport à de l'ensilage de maïs et dans un muscle glycolitique par rapport à un muscle oxydatif ne semblent pas s'expliquer par une modulation de l'expression des gènes impliqués dans leur biosynthèse, ni dans leur captage facilité et dans la régulation endogène de leur lipoperoxydation. En conclusion, ce travail de thèse a permis de considérablement faire progresser la compréhension des mécanismes impliqués dans la régulation des dépôts d'AGPITLC n-3 dans les muscles de bovin. Toutefois, ces régulations sont certainement plus complexes et probablement multifactorielles. De nombreuses pistes restent encore à explorer avant d'envisager augmenter la teneur en AGPI TLC n-3 dans la viande bovine. / N-3 very long chain polyunsaturated fatty acids (n-3 VLC PUFA) are essential for human health but are almost exclusively present in seafood. Thus, in a strategy of diversification of n-3 VLC PUFA sources for human, the aim of this thesis was to better understand the cellular mechanisms that may explain the low n-3 VLC PUFA content in bovine muscle, by exploring three potentially limiting metabolic pathways of these fatty acids (biosynthesis, facilited uptake and non-enzymatic peroxidation) by qPCR or transcriptomic approaches. The main results indicate that the liver and muscles of cattle possess all the genetic material necessary for the synthesis of n-3 VLC PUFA and may therefore ensure their synthesis, except in entire males where gene expression of the elongase 5 is suppressed by the presence of male sex hormones. On the other hand, the higher n-3 VLC PUFA content in muscle of cattle with a grass based diet compard to corn silage and in glycolytic muscle compared to oxidative muscle do not seem to be explained by a modulation of gene expression of proteins involved in their biosynthesis or in their facilited uptake or in the endogenous regulation of their lipoperoxidation. In conclusion, this thesis has greatly advance our understanding of mechanisms involved in the regulation of n-3 VLC PUFA deposits in muscles of cattle. However, these regulations are certainly more complex and probably multifactorial. Many tracks remain to be explored before considering increasing n-3 VLC PUFA content in beef.

L'objectif de cette thèse est d'apporter les outils nécessaires à l'exploitation et à la gestion durable de la ressource des aquifères karstiques côtiers à exutoires sous-marins. Dans un premier temps, à partir d'études anciennes, la nature des relations entre la mer et ces karsts a été précisée (phénomènes d'intrusion saline et de sorties sous-marines d'eau douce ou saumâtre). Toutefois, à cause du manque de mesures fiables, ces travaux se sont révélés insuffisants pour comprendre le fonctionnement de ces aquifères en relation avec la mer. Trois systèmes karstiques côtiers particuliers à exutoires sous-marins ont alors été étudiés, tous situés sur le littoral méditerranéen. Il s'agit du système de la Mortola situé en Italie et en France, de celui de Moraig-Toix en Espagne et du système de Thau en France. La démarche d'étude adoptée comprend d'abord une analyse du bassin d'alimentation de la source, de la structure interne et du caractère karstique de l'aquifère. Cette première partie permet de caractériser la nature des connexions mer-aquifère. Cette information est nécessaire pour comprendre les relations eau douce-eau de mer. Ensuite, une étude du fonctionnement hydrogéologique des trois aquifères a été conduite sur un cycle hydrologique. Elle a nécessité la mesure, à la source et dans les conduits principaux en connexion avec la mer, des débits ou de la charge hydraulique et de la température et conductivité électrique. Les données de précipitations sur le bassin d'alimentation ont également été collectées, ce qui a permis de construire, pour chaque système, un modèle hydrogéologique reliant débit et salinité aux précipitations. Les résultats de cette étude révèlent que le fonctionnement des aquifères diffère selon le karst en présence. Pour la Mortola, le karst est peu fonctionnel, les débits sont limités et l'eau est douce toute l'année. Le karst de Moraig-Toix est bien développé en profondeur ; ouvert en plusieurs endroits sur le milieu marin, il est caractérisé par une forte intrusion saline. Les débits sont importants et l'eau est saumâtre toute l'année. Enfin le système karstique de Thau est bien développé ; partiellement isolé du milieu marin, l'eau est relativement douce toute l'année et les débits sont importants. Ces exemples montrent que les karsts des régions méditerranéennes ont été pour l'essentiel mis en place à la faveur de la crise messinienne de salinité, responsable de la création d'un potentiel de karstification exceptionnel. Il ressort de ce travail que le fonctionnement des systèmes karstiques côtiers est induit par leur structure et par la nature de leurs connexions avec la mer. On propose une classification en trois catégories des aquifères karstiques côtiers. En fonction du type de système karstique en présence, différentes solutions techniques sont proposées soit pour recueillir l'eau douce de ces sources sans risquer de contaminer l'aquifère, soit pour rendre l'eau de l'aquifère potable en stoppant l'intrusion saline.

Ces travaux portent sur la conception et le développement d'un procédé membranaire de captage/stockage du CO2 embarqué pour le transport routier. Dans une première partie, nous réalisons la simulation d'un procédé membranaire embarqué de captage du CO2 dans le cas d'un poids lourd (>3500 kg). Ceci comprend l'analyse énergétique de la séparation et de la compression des gaz, l'évaluation des surfaces et volumes requis ainsi que l'autonomie de l'unité de stockage et la surconsommation engendrée par ce dispositif. Nous étudions dans un second temps la relation entre qualité des supports fibres creuses et celle des membranes nanocomposites MFI-alumine synthétisées. Nous nous intéressons ensuite aux performances des membranes nanocomposites dans la séparation CO2/N2 en phase gazeuse. Plus particulièrement nous évaluons l'influence de la substitution isomorphique du silicium par le bore et le germanium, ainsi que l'échange du proton de valence par d'autres atomes, sur la séparation en question. Un chapitre est dédié à l'évaluation des paramètres thermodynamiques (adsorption) et cinétiques (diffusion) de la séparation CO2/N2. Enfin, nous analysons l'influence de la présence de polluants dans le mélange à séparer (eau, NOx, hydrocarbures) sur les performances séparatives des membranes synthétisées.

Pour faire face à l'augmentation des émissions de CO2 dans l'atmosphère à cause de la production électrique dans des centrales à charbon, le captage en post-combustion au moyen d'un procédé VSA est une solution envisageable. Les adsorbants utilisés dans notre étude sont la TEPA imprégnée sur SiO2, les oxydes de terre rare et le MOF (Metal Organic Frameworks) SIM-1. Pour chaque adsorbant, une étude du perçage puis de la régénération a été effectuée à partir d'une alimentation composée de 15%vol de CO2 et de N2. De ces essais, les conditions opératoires des cycles VSA ont été établies (durées des phases courtes, pas de circulation de purge). En cycle, les performances sont comparées à celle du procédé d'absorption avec la monoéthénolamine. La pureté du désorbat varie de 89,2%vol à 97,2%vol selon les adsorbants et les conditions opératoires. Elle est inférieure à celle du procédé d'absorption (99%vol) mais est correcte pour le transport et le stockage. Le taux de captage évolue de 87,2% à 94,9% (absorption : 98%). La consommation énergétique est inférieure à celle du procédé avec la MEA (de 1,53 à 3,45 MJ.kgCO2 1 pour notre procédé et 3,7 MJ.kgCO2¬1 pour l'absorption) Enfin la productivité est du même ordre de grandeur que celle d'autres procédés VSA de la littérature. Avec le modèle numérique, une étude locale de l'adsorbeur a été menée. Puis grâce à une étude paramétrique, des conditions optimales en cycle ont été déterminées. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence des performances comparables avec les autres procédés VSA de la littérature. De plus, notre procédé est beaucoup moins énergivore que le procédé d'absorption mais la pureté du désorbat et le taux de captage en CO2 restent inférieurs.

En réponse aux réglementations environnementales récentes incitant à une gestion préventive de la qualité de l'eau, l'agriculture biologique (AB) constitue une des solutions globales préconisée pour cette gestion préventive. L'objectif de cette thèse est d'étudier les transitions des exploitations agricoles vers l'AB dans les territoires, en prenant les aires d'alimentation de captages (AAC) en Île-de-France comme cas d'étude. En nous inscrivant en agronomie des territoires, nous développons une interface disciplinaire avec la géographie et analysons ces transitions sous l'angle des interactions entre systèmes techniques et de commercialisation à différentes échelles territoriales. Des enquêtes ont été réalisées auprès d'agriculteurs franciliens en systèmes de grandes cultures et de maraîchage et auprès d'opérateurs des filières agricoles. Des " études AAC " en cours ont également été étudiées. Nous avons abordé dans un premier temps les potentialités et les modalités de transition des exploitations vers l'AB en développant des méthodes pour évaluer leur proximité technique à l'AB et l'ampleur des sauts techniques et commerciaux qu'elles auraient à réaliser dans une situation de conversion. Parallèlement, l'analyse des stratégies techniques et commerciales des exploitations biologiques a permis d'aboutir à différents modèles biologiques. Nous avons ensuite montré que les opportunités territoriales de commercialisation jouent sur les possibilités d'évolution des exploitations vers l'AB. Enfin, la pertinence de l'échelle AAC pour engager un développement territorialisé de l'AB a été remise en cause. La complexité de mise en oeuvre de cet objectif a été montrée en lien avec la superposition de territoires de différentes natures. Ce travail contribue à la compréhension des obstacles à l'insertion effective de l'AB dans les territoires à enjeu eau potable.

Actuellement, la production d'énergie est de plus en plus associée à une hausse simultanée d'émissions de Gaz à Effet de Serre (GES). Malgré les inquiétudes concernant les GES dans l'atmosphère, les énergies fossiles resteront probablement longtemps la principale source d'énergie primaire à l'échelle mondiale. Le procédé de captage de CO2, principal gaz à effet de serre, généralement préconisé est un procédé d'absorption chimique avec de la monoéthanolamine (MEA). Ce procédé pose de nombreux problèmes comme le coût de la régénération de l'amine. Cette étude s'intéresse à une alternative consistant à absorber chimiquement le dioxyde de carbone dans une solution aqueuse d'ammoniac. Par ailleurs, dans le but d'améliorer les procédés de captage et d'intensifier le transfert gaz-liquide, des techniques de captage à base de membranes (contacteurs membranaires) ont été développées et couplées à l'absorption chimique. Dans un premier temps des mesures d'absorption du CO2 à partir d'une solution aqueuse d'ammoniac ont été réalisées. Ces mesures ont été effectuées entre 278 et 303 K dans un réacteur fermé de type cellule de Lewis. Le taux de charge maximum, la pression partielle du CO2 à l'équilibre ont été déterminés. Les performances ont été comparées à celles de solvants conventionnels tels que la MEA et la N-méthyldiéthanolamine (MDEA). Dans un second temps, des mesures d'absorption à travers un contacteur membranaire ont été réalisées. L'efficacité de captage est étudiée en fonction de la nature des matériaux constituants la membrane et des paramètres opératoires. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible de capter le CO2 par l'ammoniaque à travers une membrane avec une efficacité de captage supérieure à 90 %. La membrane limite les pertes d'ammoniaque mais ne les élimine pas. La simulation du fonctionnement de la centrale thermique alimentée au charbon pulvérisé (CP) intégrant le captage de CO2 a été réalisée à l'aide du logiciel Aspen Plus. Les fumées issues de la post-combustion sont captées par différents solvants. Une étude paramétrique a été conduite afin de préciser les conditions optimales pour capter le CO2 par l'ammoniaque. Des comparaisons de dépense énergétique dans le cas de la régénération pour les solvants NH3, MEA et MDEA ont été réalisées. L'étude comparative suggère que l'absorption chimique utilisant l'ammoniaque comme solvant est un des procédés les plus intéressants pour la centrale CP.

La réduction des émissions de CO2 anthropique est un des enjeux majeurs du 21eme siècle pour de nombreux pays. De nombreux procédés sont développés pour le captage du CO2, parmi lesquels l'absorption gaz-liquide par contacteur membranaire. L'utilisation d'une membrane permet d'intensifier le transfert grâce à une aire interfaciale développée 2 à 10 fois plus élevée (1000 à 5000 m2.m-3) que celle d'une colonne d'absorption (procédé de référence). Deux types de fibres sont étudiées : microporeuses et composites. Dans une partie expérimentale, l'influence de la nature des matériaux, des paramètres géométriques et opératoires sur les propriétés de transfert de matière et sur la stabilité des performances de captage des contacteurs membranaires est étudiée. Les résultats obtenus pour des durées d'expérimentation courte (dizaine d'heures de temps de contact), sont en adéquation avec les résultats présents dans la littérature. Bien que l'ajout d'une peau dense à un support poreux constitue une résistance supplémentaire au transfert de matière, une étude dédiée, effectuée sur des temps de contact importants (plusieurs centaines d'heures), a permis pour la première fois de valider le concept de résistance au mouillage des fibres à peau dense, comparativement aux fibres microporeuses (PP et PTFE). Dans une partie modélisation, une étude comparative d'approches mathématiques de complexité croissante a été menée. Un seul paramètre ajustable a été délibérément retenu : le coefficient de transfert de matière dans la membrane (km). Cette étude a estimé des valeurs de km obtenues par ajustement des données expérimentales dans la plage de données rapportées dans la littérature (10-2 à 10-5 m.s-1). Cependant, l'hypothèse d'une valeur caractéristique du km qui dépend du régime de fonctionnement est posée et commentée. Cette approche diffère singulièrement des travaux rapportés dans la littérature, qui postulent le plus souvent une valeur unique pour un matériau membranaire donné. Dans ces conditions, l'intérêt des fibres composites, qui présentent une valeur constante et vraisemblablement prédictible du coefficient de transfert membranaire de par leur résistance aux phénomènes de mouillage, apparaît comme particulièrement prometteur pour intensifier les procédés de captage du CO2 en post-combustion par absorption gaz-liquide.

La présente étude a pour objectif d'évaluer et de comparer entre eux divers procédés de captage du CO2 appliqués aux centrales thermiques alimentées en gaz naturel (NGCC) et au charbon pulvérisé (CP). Ces procédés consistent en un captage du CO2 des fumées en post-combustion par des solvants chimiques, une décarbonisation du gaz naturel avec captage du CO2 en pré-combustion par un solvant physique et l'oxy-combustion du combustible avec séparation frigorifique du CO2. Ces procédés ont été évalués à l'aide du logiciel de procédés Aspen PlusTM pour aider à choisir la meilleure option pour chaque type de centrale. Pour la post-combustion, une solution aqueuse basée sur un mélange d'amines (N-méthyldiéthanolamine (MDEA) et triéthylène tétramine (TETA)) a été évaluée. Des mesures d'absorption ont été réalisées entre 298 et 333 K dans un réacteur fermé type cellule de Lewis. La pression partielle du CO2 à l'équilibre, caractéristique de la solubilité du CO2 dans le solvant, a été déterminée jusqu'à 393 K. Les performances sont comparées vis à vis de solvants plus conventionnels tels que la MDEA et la monoéthanolamine (MEA). Pour l'oxy-combustion, un procédé de captage, basé sur une séparation des composants des fumées à faible température, a été développé et appliqué aux centrales NGCC et CP. L'étude a montré que la pureté du flux d'O2 avait une influence non négligeable sur la concentration en CO2 dans les fumées et donc sur les performances du procédé de séparation. La dernière option étudiée est le reformage du gaz naturel qui permet un captage du CO2 en amont du système de production de l'électricité. Plusieurs configurations ont été évaluées : reformage à l'air ou à l'oxygène, pression de reformage et dilution du gaz de synthèse. La comparaison de ces différents concepts suggère que, à court et moyen terme, l'absorption chimique soit le procédé le plus intéressant pour la centrale NGCC. Pour la centrale CP, l'oxy-combustion peut être une option très intéressante, au même titre que le captage en post-combustion par absorption chimique.