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.

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.

Les composés organiques carbonylés et les BTEX (Benzène, Toluène, Éthylbenzène et Xylènes) représentent une classe importante de composés organiques volatils dans l’atmosphère. Ils sont émis par des sources anthropogénique et biogéniques. Leur dégradation atmosphérique conduit à la formation d’ozone, de phooxidants et d’aérosols organiques affectant ainsi la qualité de l’air aux échelles locales et régionales ainsi que la santé humaine. Il est donc important de mesurer leurs concentrations et évaluer leur devenir atmosphérique. Dans la présente thèse, nous avons conduit une étude systématique qui a permis de mesurer les concentrations de ces composés et identifier leurs sources à Pékin (Juillet 2008-Août 2010) et évaluer l’importance des caractéristiques météo. Nous avons aussi mené des études sur la dégradation atmosphérique de trois formates (isoproyle, isobutyle et n-propyle) en utilisant la chambre de simulation atmosphérique d’ICARE (CNRS, Orléans). / Carbonyls and BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, and Xylenes) represent an important class of VOCs (volatile organic compounds) in the atmosphere. They are emitted into the atmosphere through anthropogenic and biogenic sources. Their atmospheric degradation leads to the formation of ozone, photooxidants and organic aerosols affecting the air quality at the local and regional scales and human health. It is, hence, of importance to measure their atmospheric concentrations and investigate their fate. In the present thesis, we have conducted a systematic measurement study of carbonyls and BTEX in Beijing during the period of Jul 2008-Aug 2010 in order to evaluate their ambient levels, possible sources and the influence of characteristic weather conditions. In a separate work, we performed a series of experimental studies on the OH-initiated oxidation of isopropyl formate, isobutyl formate, and n-propyl isobutyrate using the ICARE-CNRS (Orleans) simulation chamber from which we derived the product yields. The data obtained are presented and discussed.