Les composés organiques volatils (COV) constituent une famille importante de polluants atmosphériques émis par de nombreuses activités anthropiques (transports, industries pétrochimique et pharmaceutique, dégraissage des métaux, solvants de peintures et de nettoyage, imprimerie, …). Ils sont responsables d’effets nocifs sur la santé et sont des précurseurs de la génération d’ozone troposphérique. Dans le futur, les normes d’émission devenant de plus en plus strictes, des techniques d’épuration plus performantes devront être développées et les procédés existants seront appelés à être perfectionnés. Une des voies pour y parvenir est de combiner plusieurs techniques de traitement déjà éprouvées. L’originalité de la recherche a donc consisté à coupler deux techniques connues d’abattement en réalisant l’absorption et l’adsorption combinées de COV dans une suspension aqueuse d’une fine poudre de charbon actif, l’adjonction de l’adsorbant au solvant liquide devant avoir pour effet d’augmenter la capacité globale de fixation du polluant par rapport à une opération d’absorption seule. Le couplage absorption-adsorption a été mis en oeuvre pour la réduction de 4 composés organiques modèles portés par un flux d’air : alcool isopropylique, acétone, 1,2-dichloroéthane et toluène, en travaillant avec un contacteur à faisceaux de câbles mis au point dans le service de génie chimique de la Faculté. La thèse a mis en lumière tous les mécanismes de transfert de matière impliqués dans ce procédé triphasique, à savoir: le transfert du COV depuis la phase gaz vers la phase liquide (l’absorption), le transfert des molécules dissoutes en phase liquide vers le charbon actif (l’adsorption) et le transfert gaz-liquide en présence de particules solides. Il est apparu que les particules solides induisent deux effets opposés sur la vitesse de diffusion des COV dans le milieu liquide: une réduction due à leur simple présence volumique et un effet accélérateur dû à leur caractère adsorbant. L’influence sur les transferts de la concentration et la granulométrie des particules ainsi que de leur capacité d’adsorption et des coefficients de diffusion interne, ont été étudiés. Finalement, tous les résultats expérimentaux observés ont pu être justifiés au moyen d’une modélisation de tous les phénomènes se déroulant dans la suspension.

Le but principal de la thèse est la mise au point d’une technique expérimentale permettant de mesurer les capacités d’adsorption des zéolithes envers les composés organiques volatils (COV) et ce dans le domaine des très faibles pressions (faibles concentrations) et pour des températures proches de la température ambiante. Etant donné qu’il n’existe actuellement aucune technique expérimentale permettant l’acquisition de telles données, une partie importante de la thèse a consisté en la validation de la technique dans des domaines de pression et de température pour lesquels il existe d’autres techniques. Les capacités d’adsorption sont mesurées grâce à une microbalance. Les faibles pressions requises sont générées par différents systèmes (dont notamment des tubes à diffusion et à perméation). Le couplage de la microbalance à un calorimètre permet également de mesurer les chaleurs d’adsorption. La cohérence thermodynamique des données massiques et calorimétriques permet en quelque sorte de valider les données obtenues. L’intérêt de ce travail réside dans le fait que les données thermodynamiques à basse pression et à température ambiante sont nécessaires au dimensionnement d’installations de purification de gaz faiblement chargés en COV, application amenée à se développer au vu du durcissement des normes de rejets. D’un point de vue scientifique, la technique expérimentale permet l’acquisition de données relatives à l’adsorption des premières molécules dans la structure zéolithique ; ces données permettent de mieux comprendre les interactions existant entre les molécules adsorbées et la zéolithe et par suite d’imaginer de nouveaux matériaux permettant d’obtenir des capacités d’adsorption accrues. Des résultats expérimentaux relatifs à des systèmes zéolithes-toluène sont présentés et interprétés. La conclusion principale que l’on peut tirer de cette étude est que certaines théories utilisées jusque maintenant pour extrapoler des données obtenues à haute température (accessibles facilement par l’expérience) dans le domaine des basses températures sont erronées

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Résumé: Les lieux d'enfouissement techniques (LET) sont des émetteurs biogaz. Ces biogaz sont connus sous le nom des biogaz des LET (LFG). LFG est généralement composé de40- 45%v/vde CO2 et de55-65% v/v de C1-14et de nombreux composés organiques non méthaniques (NMOV). Ces NMOV englobent des polluants atmosphériques et des composés organiques volatils (COV). Plusieurs COV ont été identifiés et quantifiés dans le biogaz émis par le LET de Saint-Nicéphore (Québec, Canada).Dans le cadre d'un projet portant sur la réduction des émissions du méthane émis par le LET de Saint-Nicéphore, le groupe géo-environnemental de la faculté de génie de l'Université de Sherbrooke a mis sur place une plateforme depuis 2006. Cette plateforme est constituée de deux bio-recouvrements expérimentaux. 11 s'agit des bio-recouvrements d'oxydation passive du méthane (PMOB-1 B et 2). En 2012, deux cellules expérimentales (FC-2 et 4) ont été construites sur le LET de Saint-Nicéphore. Le PMOB-1 B est alimenté par le biogaz provenant des déchets enfouis directement. Par contre le PMOB-2 et les FC-2 et 4 sont alimentés par le biogaz provenant d'un puits de biogaz avec des débits contrôlés. Les PMOB-IB et 2 et les FC-2 et 4 ont fait objet d'un suivi pour étudier leurs efficacités de réduire les COV émis par le LET de Saint-Nicéphore. L'efficacité de réduction des COV par les PMOB (1B et 2) et les FC (2 et 4) est pratiquement 100% pour certains composés (p.ex. le toluène). Cette étude contient des résultats intéressants sur l'efficacité des bio-recouvrements pour réduire les COV émis par les LET. Elle est une documentation de terrain importante. Elle est réalisée sous des conditions climatiques réelles du Canada. C'est pour la première fois que les PMOB et les FC ont fait objet d'un suivi pour étudier leurs efficacités pour réduire les COV émis par le LET de Saint-Nicéphore.||Abstract: Municipal solid waste (MSW) landfills are sources of landfill biogas (LFG) to the atmosphere. LFG is typically composed of 40-45% v/v CO? and 55-65% v/v CH? and numerous of non-methane organic compounds (NMOC). NMOC consist of various organic hazardous air pollutants and volatile organic compound (VOC). In the present work, many VOC were identified and quantified in the biogas collected from Saint--Nicéphore (Quebec, Canada) landfill. The emission of VOCs to the atmosphere affects the air quality and can be harmful to the environment and human health. In recent years, many VOC mitigation strategies and technologies have been developed. The present work has focused on the ability of passive methane oxidizing biocovers (PMOB) to reduce landfill VOC emissions. In this research, the evaluation of VOCs removal efficiency of two experimental PMOBs (PMOB-1B and 2) installed at Saint--Nicéphore landfill site are performed. Furthermore, from the columns constructed in landfill site, two field columns namely FC-2 and 4 are monitored for the sampling period of three months. FC-2 and 4 were fed by biogas coming from biogas well of Saint--Nicéphore landfill. The potential of FC-2 and 4 was investigated to reduce VOCs emission from MSW landfill site. In this study, the biocover effectiveness obtained was practically 100% for some compound as toluene. It is observed that the FC-2 and 4 columns show the same behaviour as PMOB1B and 2 to reduce the VOC emissions from landfill site. Results reported in this thesis are, to our knowledge, the first investigation of the potential of biocovers installed in Saint--Nicephore landfill to reduce VOC emissions. Finally, from this research, it is concluded that PMOBs (1B and 2) and FC (2 and 4) are effective to reduce VOC emissions. [symboles non conformes]

Les composés organiques volatils (COV) sont des composés polluants émis dans l’atmosphère par de nombreuses activités industrielles (peintures, adhésifs, solvants de dégraissage et de nettoyage, imprimeries, enduction de revêtements de sols et muraux par du PVC, usines pétrochimiques et pharmaceutiques,…), qui ont des effets nocifs aussi bien sur la santé de l’homme que sur l’environnement(essentiellement pollution photochimique). La lutte contre la pollution atmosphérique due aux émissions de COV est réglementée par les autorités publiques (Directive Européenne 1999/13/CE). Il existe, pour réduire les émissions de COV, différents procédés tels que l’incinération (thermique ou catalytique), la condensation cryogénique, l’adsorption sur charbon actif, le lavage par des solvants, la bioépuration, la séparation par membranes… Les possibilités de mise en oeuvre et d’effi cacité de ces techniques sont fonction des caractéristiques du gaz à traiter (débit et concentration) et des contraintes technologiques et économiques propres au procédé envisagé. Le projet concerne l’étude de faisabilité technique d’un procédé de captation de vapeurs de divers composés organiques (essentiellement des alcanes et des aromatiques),émis par des unités d’enduction, par lavage avec des solvants visqueux et non volatils, des phtalates, issus de ces mêmes unités. L’efficacité des procédés d’absorption étant liée aux équilibres liquide-vapeur, à la cinétique des transferts de masse entre le gaz et le liquide et au choix adéquat du dispositif de contact entre le gaz et le liquide, la recherche scientifique a comporté les phases suivantes : (i) la mesure expérimentale des solubilités et diffusivités des COV étudiés dans les solvants lourds considérés, dans une large gamme de températures, valeurs pour la plupart inédites, (ii) la détermination des cinétiques de transfert dans le film liquide au moyen d’essais réalisés dans un absorbeur pilote à faisceaux de câbles, (iii) la conception d’un procédé d’épuration des effl uents gazeux émis par les unités d’enduction et le développement de modèles de calcul qui incorporent ces paramètres fondamentaux de transfert gaz-liquide, d’une part, et permettent de dimensionner des unités de traitement de gaz effl uents fonctionnant suivant le procédé envisagé, d’autre part. Cette dernière étape est nécessaire pour valoriser les résultats de la recherche auprès d’ensembliers industriels wallons, notamment la société qui parraine le projet. Cette étude, intégrée dans un projet FIRST-EUROPE Objectif 3, d’acronyme EVAPOL, a pu être menée à bien grâce aux subsides de la Région Wallonne et du Fond Social Européen.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Titre de l'écran-titre (visionné le 12 octobre 2023) / Le pergélisol, le sol gelé pendant au moins deux années consécutives, contient presque deux fois plus de carbone que l'atmosphère. Le réchauffement climatique a suffisamment accéléré son dégel pour mobiliser une quantité considérable de matière organique dissoute (MOD) vers l'hydrosphère, dont les mares font partie. La MOD peut alors être dégradée en divers sous-produits par la radiation solaire. Vers la phase gazeuse, cela implique la production de CO₂, mais également de composés organiques volatils (COVs) qui ont été peu étudiés en zones nordiques. Pourtant, les COVs ont des impacts importants sur la chimie de l'atmosphère. L'objectif principal de ce mémoire est d'identifier les molécules produites vers la phase gazeuse par photochimie et de quantifier leurs flux. Pour y arriver, un montage de photochimie a été construit, testé puis interfacé à deux détecteurs pour des analyses en temps réel : un spectromètre de masse Orbitrap et un spectromètre de masse Vocus. Des mares de thermokarst, formées par le dégel du pergélisol riche en glace, près des villages d'Umiujaq et de Whapmagoostui-Kuujjuarapik, au Nunavik, ont été sélectionnées pour des campagnes d'échantillonnage aux étés 2021 et 2022. Des échantillons de la colonne d'eau et des zones ripariennes ont été prélevés. Les résultats montrent la photo-production rapide de 35 à 59 COVs lorsque les échantillons d'eau contenant de la MOD sont soumis à la radiation. Les résultats suggèrent que la qualité de la MOD est un facteur important qui contrôle la photo-production de COVs. Quantitativement, ces émissions correspondent à des flux nets de carbone entre 1.93 et 9.47 μmol C m⁻² d⁻¹ vers l'atmosphère. Ces valeurs sont petites en comparaison aux flux estimés de CO₂ et de CH₄ qui sont émis par les mares subarctiques. Malgré une contribution négligeable au cycle du carbone arctique, les COVs représentent néanmoins un flux de molécules réactives qui pourraient affecter la chimie atmosphérique. / Permafrost, the soil frozen for a minimum of two consecutive years, stores almost twice the amount of carbon found in the atmosphere. Climate warming has accelerated its thaw to a point where a considerable quantity of dissolved organic matter (DOM) is being mobilized toward the surface where it enters the hydrosphere, like lakes. DOM can be photo-degraded into various products by sunlight. In the gas phase, this includes CO₂ and volatile organic compounds (VOCs) that are poorly studied in Arctic environments. Yet, they affect the chemistry of the atmosphere. The main objective of this master projet is to identify the VOCs emitted in the gas-phase by photochemistry as well as to quantify their fluxes. To achieve this, a photochemistry set-up has been constructed and tested. Then, it has been interfaced with two detectors for real-time analysis: an Orbitrap mass spectrometer and a Vocus mass spectrometer. Thermokarst ponds, formed by the thawing of ice-rich permafrost, near the villages of Umiujaq and Whapmagoostui-Kuujjuarapik, Nunavik, were selected for field campaigns during summers 2021 and 2022. Samples from the water column and the riparian zones were taken. Results show the rapid photo-production of between 35 and 59 VOCs when dissolved organic matter (DOM) water samples are exposed to radiation. Results show that the quality of DOM is an important factor that controls VOCs photoproduction. In terms of quantification, these emissions correspond to net carbon fluxes between 1.93 et 9.47 μmol C m⁻² d⁻¹ toward the atmosphere. These values are small when compared to estimated fluxes of CO₂ and CH₄ by subarctic ponds. Despite their negligeable contribution to the Arctic carbon cycle, VOCs represent a flux of reactive molecules that could affect the atmospheric chemistry.

Dans l'actuel panorama du réchauffement climatique, comprendre comment les changements environnementaux affectent le cycle de développement des plantes est l'un des principaux défis de la viticulture. L'accumulation de degrés-jours (DJ), un facteur influencé par le climat, est l'un des principaux facteurs influençant la phénologie des plantes et, par conséquent, le développement des baies pendant le cycle reproductif de la plante. Cependant, l'impact du schéma d'accumulation des degrés-jours pendant cette période demeure peu connu. Nous avons posé l'hypothèse que différents schémas d'accumulation des DJ impliquant des hausses de température induites pendant des périodes correspondant à différents stades de développement pourraient modifier la phénologie de développement des fruits, les voies métaboliques associées à certaines périodes clés du développement sigmoïde des baies de raisin et finalement modifier le profil métabolique des baies à la récolte chez L'Acadie blanc. Dans cette étude, nous nous sommes particulièrement intéressés aux paramètres physicochimiques (solides solubles totaux, pH et acidité titrable) et aux composés volatils (CV) libres et glycosylés. Ainsi, trois traitements d'élévation ciblée de température (prévéraison (PRE), post-véraison (PT) et saison entière (W)) et un traitement témoin (CT), ont été appliqués en 2019 et 2020 sur le cépage L'Acadie blanc, à l'aide de mini-serres mobiles construites sur les rangs, dans un vignoble néo-écossais. Les baies ont été échantillonnées à trois stades phénologiques autour de la maturité optimale des fruits EL-36 (post-véraison), EL-37 (avant maturité) et EL-38 (maturité). Les échantillons ont été congelés à l'azote liquide au champ puis stockés à -80°C. Les composés volatils ont été extraits par extraction sur phase solide (EPS). La fraction libre a ensuite été concentrée à l'aide d'un Kuderna-Danish et la fraction liée a été libérée par hydrolyse enzymatique, puis également concentrée sur Kuderna-Danish; les deux fractions ont été analysées par chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse (CPG-SM). Une analyse de variance (ANOVA) ainsi qu'une analyse en composantes principales ont été réalisées sur les données, à l'aide du logiciel R (Édition 4.0.2). L'accumulation totale de DJ au cours de la saison 2019 et 2020 était significativement plus élevée dans le traitement W, suivi par PRE, PT et CT respectivement. Dans la présente étude, en 2020, le traitement thermique en W a augmenté le contenu en solides solubles totaux des baies. Dans les baies de L'Acadie blanc, 95 composés en 2019 et 99 composés en 2020 incluant des phénols volatils, des monoterpènes, des C₁₃₋norisoprénoïdes et des composés aliphatiques ont été identifiés. L'abondance relative de certains composés a été significativement modifiée par les traitements appliqués. Les composés qui ont contribué le plus au profil aromatique glycosylé étaient (a) l'alcool benzylique et (b) phényléthyl alcool et leur concentration a varié selon les traitements: les traitements sous serres pendant la première phase de développement (prévéraison) (W et PRE) ont montré des valeurs plus élevées par rapport aux traitements PT et CT. Ces résultats suggèrent que certains composés produits dans la voie métabolique du shikimate (dérives du benzène et phénols volatils) peuvent être affectés par des changements dans l'accumulation des DJ au cours de la première phase de développement des baies. Les monoterpènes ont également contribué de façon importante au profil glycosidique. L'accumulation des monoterpènes a été affectée par le traitement thermique et le stade phénologique et le traitement témoin CT a montré les valeurs les plus élevées. Environ 90% de CV libres identifiés étaient des composés synthétisés à partir de la voie de la lipoxygénase, principalement : (E)-2-hexénal et héxanol, et ceux-ci n'ont pas été influencés par le traitement thermique. Notre étude a permis de mieux comprendre l'impact du réchauffement climatique sur la qualité des baies du cépage hybride L'Acadie blanc en identifiant des voies métaboliques pouvant être affectées par ces conditions. Ces résultats apportent une nouvelle compréhension de la relation entre le climat et la composition en composés volatils des baies chez L'Acadie blanc. Nous avons ainsi démontré la plasticité biochimique de Vitis sp. et la possibilité de modifier le profil aromatique et la biochimie des baies. Ce projet de recherche a permis d'acquérir des connaissances nouvelles pour les producteurs en matière de prise de décision concernant les dates de récolte et permettra d'améliorer la qualité vinicole des baies sous climat nordique. / In the current panorama of global warming, understanding how environmental changes affect the development cycle of vines is one of the main challenges in viticulture. The accumulation of growing degree days (GDD), a variable influenced by climate, is one of the major factors influencing plant phenology and, therefore, berry development during the plant's reproductive cycle. However, little is known about the impact of the GDD accumulation pattern during this period. We hypothesized that different patterns of GDD accumulation involving temperature increases during periods corresponding to different developmental stages could modify the phenology of fruits, the metabolic pathways associated with certain key periods of sigmoid development of grape berries and finally modify the metabolic profile of the berries at harvest in L'Acadie blanc. In this study, we were particularly interested in the physicochemical parameters (total soluble solids, pH and titratable acidity) and in free and glycosylated volatile compounds (VC). Thus, three targeted temperature rise treatments (pre-veraison(PRE), post-veraison (PT) and whole season (W)) and a control treatment (CT) were applied in 2019 and 2020 on L'Acadie blanc, using on-the-row mini-greenhouses, in a Nova Scotia vineyard. The berries were sampled at three phenological stages around optimal maturity EL-36 (post-veraison), EL-37 (before maturity) and EL-38 (maturity). The samples were immediately frozen with liquid nitrogen and then stored at -80°C. Volatile compounds were extracted by solid phase extraction (SPE). The free fraction was then concentrated using a Kuderna-Danish and the glycosylated fraction was released by enzymatic hydrolysis, then also concentrated on Kuderna-Danish; the two fractions were analyzed by gas chromatography coupled to a mass spectrometer (GCMS). An analysis of variance (ANOVA) as well as a Principal component analysis (PCA) were performed on the data, using R software (Edition 4.0.2). The total accumulation of GDD during the 2019 and 2020 season was significantly higher in treatment W, followed by PRE, PT and CT respectively. In the present study, in 2020, the W mini-greenhouse treatment increased the TSS content of the berries. In L'Acadie blanc berries, 95 compounds in 2019 and 99 compounds in 2020 including volatile phenols, monoterpenes, C₁₃₋norisoprenoids and aliphatic compounds have been identified. The relative abundance of certain compounds was significantly modified by the treatments applied. The compounds that contributed the most to the glycosylated VC profile were (a) benzyl alcohol and (b) phenylethyl alcohol. The concentration varied according to the treatment to which the berries were exposed: the treatments in greenhouses during the first phase of development (pre-veraison) (W and PRE) showed higher values compared to the PT and CT treatments. These results suggest that some compounds produced in the shikimate metabolic pathway (benzene derivatives and volatile phenols) may be affected by changes in the accumulation of GDD during the early stage of berry development. Monoterpenes have also made important contributions to the glycosidic profile. The total accumulation of monoterpenes was affected by the treatment and phenological stage. The CT treatment showed the highest values of monoterpenes in 2020. About 90% of free VC identified were compounds synthesized from the lipoxygenase pathway, mainly: (E)-2-hexenal and hexanol. However, in the case of our study, they were not influenced by the mini-greenhouse treatment. Our study has helped elucidate the impact of global warming on the quality of the berries of the L'Acadie blanc and also to identify the metabolic pathways that may be affected by these conditions. These results provide a new understanding of the relationship between the accumulation of GDD and the volatile composition of berries in L'Acadie blanc. We have thus demonstrated the biochemical plasticity of Vitis sp. and the possibility of modifying the aromatic profile and biochemistry of the berries. This research project has provided new knowledge for producers in decision-making regarding harvest dates and will help improve the wine quality of berries in northern climates.

La photocatalyse hétérogène est une technique d'oxydation utilisée pour l'élimination des Composés Organiques Volatils (COV). L'objectif est d'étudier la dégradation des COV initiaux et la production d'intermédiaires réactionnels lors de la mise en oeuvre de ce procédé dans des conditions proches de l'air intérieur (concentration des COV en mélange). TroisCOV modèles (toluène, décane, trichloréthylène) sont étudiés séparément puis en mélange dans un réacteurstatique puis dans un réacteur dynamique multi-pass. Les résultats obtenus montrent que (i) l'efficacité dedégradation dépend de la nature et du nombre de COV à traiter, des caractéristiques du média photocatalytiqueet des conditions opératoires, (ii) les intermédiaires majoritaires et les plus persistants sont les aldéhydeslégers, (iii) l'élimination des aldéhydes est inhibée lorsque les COV initiaux sont en mélange, (iv) l'augmentation du temps de résidence sur le matériau photocatalytique permet une élimination plus rapide des COV initiaux et des sous-produits.

La plupart des espèces végétales impliquées dans les feux de forêts produisent et émettent des composés organiques volatils (COV). Les modèles physiques de propagation des feux n'intègrent pas jusqu'à présent la combustion de ces composés et l'objectif de cette étude est de fournir des données expérimentales et numériques afin d'améliorer ces modèles pour mieux prévoir et contrôler les incendies. Les émissions de cinq espèces végétales ont été analysées en fonction de la température à l'aide d'un pyrolyseur flash : Thymus vulgaris, Rosmarinus officinalis, Lavandula stoechas, Cistus albidus et Pinus pinea. Les vitesses fondamentales de flamme, longueurs de Markstein et épaisseurs de flamme de mélanges avec l'air de trois COV majoritaires (-pinène, limonène et p-cymène) sont déterminées expérimentalement en fonction de la richesse et de la température à l'aide de la technique des flammes à expansion sphérique. Des simulations numériques avec le code PREMIX de la bibliothèque CHEMKIN sont également effectuées pour des molécules proches. Différentes études ont montré que les feux de forêts peuvent se comporter de manière surprenante, la vitesse de propagation et l'énergie libérée augmentant brutalement. Ce phénomène est connu sous le nom de feux de forêts accélérés. Une approche d'explication thermochimique, basée sur l'inflammation d'un prémélange COV/air accumulé au bas d'un canyon, a été proposée. Les données présentées dans ce travail permettent aussi d'étudier la validité de cette hypothèse. Des études expérimentales et théoriques sur le sens de diffusion des COV et leurs limites d'inflammabilité sont également menées afin d'étudier en détail cette hypothèse.