La présente recherche porte sur la valorisation des matières putrescibles. La venue de nouvelles réglementations ainsi que des coûts grandissants liés à la disposition des déchets force le Québec à rechercher de nouvelles solutions durables de valorisation des déchets. Cette étude modélise un système de digestion anaérobie alimenté par des déjections animales, des boues et des matières putrescible à l'intérieur d'une Municipalité Régionale de Comté (MRC) au Québec. La problématique de gestion durable des déchets réunit plusieurs niveaux d'acteurs. La problématique étant complexe, cette recherche fournit un cadre théorique qui permet aux acteurs de visualiser le système dans son intégralité et non seulement en tierce partie. La concertation des acteurs est nécessaire à toute forme de collaboration face à une problématique aussi large dont les intérêts respectifs des acteurs sont parfois divergeants. À la fois qualitative et quantitative, l'approche de recherche fournit des éléments diagnotics, une étude de cas quantitative et appuyée par un modèle de simulation et des recommandations face aux mesures ayant un impact sur l'adoption de la digestion anaérobie. La démarche de recherche s'appuie sur la dynamique des systèmes. La présente recherche montre que la digestion anaérobie peut s'avérer rentable au Québec. Parmis les trois avenues de valorisation des gaz, la production d'électricité est la moins rentable. Dans le contexte actuel, et en fonction des contraintes relatives à la vente de biogaz et de gaz naturel, la production d'électricité s'avère la meilleure solution afin de faciliter le processus d'adoption de la digestion anaérobie. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Diffusion, Digestion anaérobie, Dynamiques des systèmes, Environnement, Matières résiduelles.

Dans les espaces ruraux et périurbains d'Haïti, les déchets et résidus organiques générés principalement par les activités agricoles et agroindustrielles, sont traditionnellement valorisés in situ dans l'alimentation animale comme provende, dans la fertilisation des sols comme amendement organique et/ou à des fins énergétiques comme combustibles. Parallèlement, au niveau des villes, les déchets organiques sont majoritairement éliminés sans aucune forme de ségrégation dans des décharges non contrôlées. Ce travail de recherche a voulu mettre l'accent sur l'opportunité de valoriser ces déchets par la méthanisation approchée comme une voie alternative de traitement biologique des déchets organiques fermentescibles. Le travail d'évaluation des gisements de déchets organiques a mis en évidence que la mauvaise gestion de ces gisements entraine une perte annuelle de matières estimée à près de 2 960 000 tonnes de matière sèche, potentiellement convertibles en 367 500 000 Nm3 de méthane ou 310 000 tep, correspondant à environ 16% de la couverture énergétique finale des ménages à l'échelle nationale. L'approche expérimentale à l'échelle de laboratoire a permis d'évaluer les potentiels biométhanogènes de certaines catégories de déchets d'origine agricole, dont la bagasse, le chou et les déjections de bovins, porcins et poulets, ainsi que les possibilités d'optimisation des cinétiques de digestion anaérobie par des moyens peu onéreux comme la réduction de la taille des particules, l'augmentation du ratio InoculumMV/SubstratMV et les effets de synergie liés à la co-digestion. Des recherches à l'échelle du pilote de terrain ont également été réalisées. Un digesteur a été construit sur le modèle des digesteurs indiens et suivi pendant plusieurs semaines. Malgré les conditions particulières de mise en œuvre du pilote, les essais réalisés ont démontré la faisabilité de la filière avec la technologie rustique sélectionnée. Le temps de retour sur investissement pour un fonctionnement optimal du digesteur pilote a été estimé à 5 ans.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La valorisation de certains déchets et sous produits industriels dans le domaine du génie civil, tels les laitiers d’aciérie, joue un rôle privilégié dans le contexte du développement durable. Elle permet de préserver les ressources naturelles, de diminuer la production de gaz à effet de serre, d’éviter des mises en décharge contrôlées et coûteuses, etc. Il existe sur le territoire français trois principaux centres producteurs d’acier qui sont Dunkerque (59), Fos-sur-Mer (13) et Florange (57). Ces sites génèrent annuellement 1,2 millions de tonnes de laitiers d’aciérie. Le nom commun de ces produits est « laitier d’aciérie de conversion » ou « LAC ». En anglais, ils sont connus sous le nom de « Basic Oxygen Furnace Slag » ou « BOF Slag ».Il est envisagé de valoriser ces laitiers dans la construction des corps de chaussées, quelle que soit leur teneur en chaux libre. La méthode consiste à mélanger les granulats de LAC expansifs avec des granulats inertes, en optimisant la répartition granulométrique de façon à absorber l’expansion des grains de laitier dans les vides intergranulaires. Le gonflement à la vapeur de ces mélanges a été simulé avec le logiciel René-LCPC, à partir notamment de la compacité des granulats mesurée avant et après expansion à la vapeur. Ces travaux montrent ainsi que ce logiciel peut aider à choisir les combinaisons les mieux adaptées à un usage donné, et connaissant leur expansion potentielle Notre étude s’intéresse plus particulièrement à cette voie de valorisation des LAC dans les mélanges granulaires. Elle a pour but tout d’abord d’apporter une meilleure connaissance du comportement des laitiers d’aciérie de conversion (LWS) et de leur évolution volumique au cours du temps, en milieu humide. Un modèle de la dégradation des grains est ainsi proposé. Parallèlement, des essais de gonflement à la vapeur dans le moule CBR, sur une série d’empilements de LAC purs ou de mélanges a permis de paramétrer la courbe d’expansion en fonction de la compacité et de la teneur en chaux libre. Ces deux modèles ont ensuite été reliés puis associés aux algorithmes de René-LCPC. Cet ensemble permet alors de prédire le gonflement dans le temps de toutes les combinaisons granulaires contenant les LAC de granularité ou d’âge quelconque, et placées dans un environnement déterminé. / Enhanced value of the slags (LWS) in the granular mixture

Le régime forestier du Québec aspire à un aménagement forestier durable sur les terres publiques. De ce fait, une entente entre le gouvernement et l'industrie forestière pratiquant des activités d'aménagement forestier a été prise concernant le bois marchand laissé sur le parterre de coupe, s'appelant Matière Ligneuse Non Utilisée (MLNU). Cette entente vient avec l'obligation d'effectuer un inventaire terrain, considéré comme particulièrement coûteux par l'industrie forestière. En plus du coût élevé de l'inventaire, la pénurie de main-d'œuvre pour ce type d'inventaire technique ne permet pas de maintenir la fréquence requise demandée par le ministère, entraînant une diminution de la précision de la quantification de la matière ligneuse non utilisée. Considérant l'important manque de main-d'œuvre, particulièrement dans la région de la Gaspésie, et des marges de profit généralement faible des compagnies privées, l'objectif général de la recherche est d'estimer le volume de MLNU laissé à la suite des opérations de récolte mécanisée en bois tronçonnés à l'aide des données des ordinateurs de bord (ODB) des abatteuses-façonneuses à tête multifonctionnelle pour réduire le coût associé à l'inventaire conventionnel et pallier au manque de main-d'œuvre. Cinq sites ont été sélectionnés et récoltés par cinq différentes abatteuses-façonneuses munies d'une tête multifonctionnelle différente. La sélection des têtes multifonctionnelles a été faite en évaluant la proportion de chaque marque, suivant un sondage effectué chez les entrepreneurs en Gaspésie. Trois têtes Ponsse avec le système d'information OPTI4G, et deux têtes LogMax, l'une sous le système Log Mate 500 et l'autre Log Mate 510, ont été sélectionnées. Trois inventaires distincts ont été effectués : (1) inventaire avant coupe de caractérisations du peuplement forestier; (2) inventaire avant coupe des arbres études; et (3) inventaire après coupe des produits et de la matière ligneuse non utilisée des arbres études. La reconstruction de 970 arbres études (460 épinettes blanches et 510 sapins baumiers) a été effectuée pour en premier lieu développer les algorithmes de volume nécessaires pour évaluer la section au-delà des produits tronçonnés par l'abatteuse-façonneuse, soit la tête de l'arbre, jusqu'à un diamètre de 9,1 cm (diamètre minimum marchand). En combinant le modèle de Varjo et une régression linéaire, il a été possible d'estimer la longueur de la section supérieure par arbre pour l'épinette blanche et le sapin baumier. Un biais de prédiction de 0.0245 m et 0.1748 m a été évalué respectivement la section marchande de la tête pour l'épinette blanche et le sapin baumier. Un outil de spatialisation utilisant les rapports de production de StanForD (.pri) et StanForD 2010 (.hpr), les données de GPS ainsi que le contour des secteurs de coupe, a été développé pour permettre la localisation du volume de MLNU par secteur de coupe. Les fichiers de production .pri (StanForD) n'ont pas d'information d'horodatage (timestamp), contrairement aux fichiers de production .hpr. Ainsi, lorsque l'outil utilise un fichier .pri, le volume de MLNU est évalué à l'hectare pour l'ensemble d'un secteur de coupe, alors qu'avec le fichier .hpr, il est possible de localiser par tige le volume de matière ligneuse et ensuite, une sommation par hectare est effectuée, en regroupant chaque tige située à l'intérieur d'un quadrillé de 100 m x 100 m, obtenant ainsi une spatialisation plus précise de la MLNU. Finalement, une comparaison exploratoire de la méthode de l'inventaire MLNU traditionnel et de la méthode avec les données d'ODB a mis en évidence l'opportunité d'économies de coûts (environ 36,80 $/ha) liée à l'utilisation des données OBD pour estimer la MLNU, tout en permettant un temps de réponse plus rapide pour apporter des corrections en ciblant les zones problématiques. De plus, l'utilisation d'un tel outil pourrait permettre de réduire le temps de déplacement en forêt des techniciens forestiers et ainsi, prévenir des accidents de travail courants.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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.

Une grande variété des eaux résiduelles industrielles et résidentielles contenant de l'ammonium sont rejetées dans la nature sans traitement approprié. Étant donné que cela peut constituer une menace à la fois pour l'environnement et pour la santé humaine, il est courant d'éliminer l'ammonium en le convertissant en azote gazeux qui est rejeté dans l'atmosphère. Bien que cela aide à se conformer aux règlementations environnementales, l'ammonium est un produit de grande valeur, étant l'un des principaux composants des engrais. Malgré cette grande disponibilité en tant que sous-produit, ce nutriment est généralement produit à partir de zéro par des techniques très consommatrices d'énergie qui génèrent des émissions de gaz à effet de serre telles que le procédé Haber-Bosch. Les systèmes de dégazage et absorption permettent de récupérer l'ammonium des eaux usées et de le revaloriser dans un produit utile. Son implémentation dans les grandes industries a été largement validée et rapportée dans la littérature. Des recherches continuent d'être effectuées pour étudier l'effet des différentes caractéristiques des eaux usées, telles que la teneur en chlorure et l'alcalinité, qui peuvent diminuer ou améliorer la récupération de l'ammonium. Plus important encore, son adaptation pour des implémentations à petite échelle n'a pas encore été explorée alors que la possibilité de traiter de petits volumes d'eaux usées et de récupérer des ressources et de l'eau sur site est très intéressante. Compte tenu de ce qui précède, l'objectif de ce projet est d'évaluer la faisabilité de la mise en œuvre de tels systèmes à petite échelle. Ce travail se concentre uniquement sur l'étape de dégazage. Pour cela, il est indispensable de caractériser les effluents de différentes sources et leurs effets sur l'efficacité de récupération de l'ammonium. Un système de dégazage et absorption a été reproduit à l'échelle du laboratoire. Les effets de la teneur en ammonium, de l'alcalinité, de la conductivité électrique et du pH ont été évalués dans des tests par lots utilisant des solutions synthétiques. À partir des résultats, une régression linéaire a été effectuée pour obtenir un modèle mathématique permettant de prédire l'élimination de l'ammoniac à partir des caractéristiques d'un effluent donné. Ce modèle a été utilisé comme noyau d'un modèle de conception qui évalue la faisabilité des systèmes d'extraction de l'ammoniac à partir des caractéristiques des eaux usées et d'un objectif d'élimination prédéfini. En tenant compte des facteurs économiques et à partir d'un problème d'optimisation itératif, le modèle produit la géométrie, le nombre d'unités de dégazage et l'alimentation en air qui minimisent à la fois les frais d'investissement et d'exploitation. Étant donné que la concentration d'ammoniac dans les eaux usées est connue et le pourcentage de récupération est fixé, la conception du procédé n'affecte pas le revenu obtenu de sa vente. Le modèle a été calibré sur la base de solutions synthétiques imitant la composition de l'urine, du lixiviat de compostage et des eaux usées d'aquaculture. Lorsqu'il a été validé par rapport à des effluents réels, il n'a pu prédire que l'efficacité d'élimination de l'urine. Un exemple d'étude de cas portant sur l'analyse technico-économique du fonctionnement d'un système de traitement d'urine à petite échelle a été réalisé. Bien que les frais d'exploitation soient approximativement le double (ou plus si l'épuration est envisagée) de ceux d'un procédé conventionnel d'élimination uniquement, il est intéressant d'un point de vue environnemental. Il est recommandé de poursuivre l'étude des effets des autres composants des eaux usées qui pourraient avoir un impact sur le procédé. Des recherches supplémentaires doivent être menées sur la réduction de frais d'exploitation afin de rendre ces options économiquement intéressantes. / A wide variety of ammonium-bearing industrial and domestic waste streams are discharged into nature without proper treatment. Since this can pose a threat to both the environment and human health, it is common practice to remove ammonium by converting it into nitrogen gas which is released to the atmosphere. Although this helps complying with environmental regulations, ammonium is a highly valuable product, being one of the main components in fertilizers. Despite this extensive availability as by-product, this nutrient is commonly produced from the ground up through highly energy consuming techniques that generate green house gas emissions such as the Haber-Bosch process. The stripping-scrubbing systems allow to recover ammonium from waste water and revalorize it as a useful product. Its application in large-scale industries has been widespread validated and reported in the literature. Research is still being done to study the effect of different characteristics of wastewater, such as chloride content and alkalinity that may decrease or enhance ammonium recovery. More importantly, its adaptation for small-scale applications has not yet been explored despite the fact that the possibility to treat small volumes of wastewater and the recovery of resources and water on-site are very attractive. Considering the above, the objective of this project is to evaluate the feasibility of implementing such systems in small-scale industries. This work focuses on the stripping stage only. For this, it is essential to characterize the effluents from various sources and their effects on the ammonium recovery efficiency. A stripping-scrubbing system was reproduced at laboratory-scale. The effects of ammonium content, alkalinity, electrical conductivity, and pH were assessed in batch tests using synthetic solutions. From the results, a linear regression was performed to obtain a mathematical model to predict ammonia removal from the characteristics of a given effluent. This model was used as the core of a design model that evaluates the feasibility of ammonia stripping systems from the wastewater characteristics and a predefined removal target. Taking economic factors into account by means of an iterative optimization problem, it outputs the geometry, number of stripping units, and air supply that minimized both investment and operating costs. Since the target is predefined and the wastewater composition known, the income from selling a fertilizing salt is independent of the design. The model was calibrated based on synthetic solutions mimicking the composition of urine, composting leachate, and aquaculture wastewater. When validated against real effluents, it only was able to predict the removal efficiency of urine. An example case study addressing the techno-economic analysis of the operation of a small-scale urine treatment system was conducted. Although the operating costs approximately double (or more if scrubbing is considered) that of a conventional removal-only process, it is interesting from an environmental perspective. It is recommended to continue studying the effects of other components of wastewater that could impact the process. Further research must be done reducing operational costs in order to make these options economically interesting.

Une grande variété des eaux résiduelles industrielles et résidentielles contenant de l’ammonium sont rejetées dans la nature sans traitement approprié. Étant donné que cela peut constituer une menace à la fois pour l’environnement et pour la santé humaine, il est courant d’éliminer l’ammonium en le convertissant en azote gazeux qui est rejeté dans l’atmosphère. Bien que cela aide à se conformer aux règlementations environnementales, l’ammonium est un produit de grande valeur, étant l’un des principaux composants des engrais. Malgré cette grande disponibilité en tant que sous-produit, ce nutriment est généralement produit à partir de zéro par des techniques très consommatrices d’énergie qui génèrent des émissions de gaz à effet de serre telles que le procédé Haber-Bosch. Les systèmes de dégazage et absorption permettent de récupérer l’ammonium des eaux usées et de le revaloriser dans un produit utile. Son implémentation dans les grandes industries a été largement validée et rapportée dans la littérature. Des recherches continuent d’être effectuées pour étudier l’effet des différentes caractéristiques des eaux usées, telles que la teneur en chlorure et l’alcalinité, qui peuvent diminuer ou améliorer la récupération de l’ammonium. Plus important encore, son adaptation pour des implémentations à petite échelle n’a pas encore été explorée alors que la possibilité de traiter de petits volumes d’eaux usées et de récupérer des ressources et de l’eau sur site est très intéressante. Compte tenu de ce qui précède, l’objectif de ce projet est d’évaluer la faisabilité de la mise en œuvre de tels systèmes à petite échelle. Ce travail se concentre uniquement sur l’étape de dégazage. Pour cela, il est indispensable de caractériser les effluents de différentes sources et leurs effets sur l’efficacité de récupération de l’ammonium. Un système de dégazage et absorption a été reproduit à l’échelle du laboratoire. Les effets de la teneur en ammonium, de l’alcalinité, de la conductivité électrique et du pH ont été évalués dans des tests par lots utilisant des solutions synthétiques. À partir des résultats, une régression linéaire a été effectuée pour obtenir un modèle mathématique permettant de prédire l’élimination de l'ammoniac à partir des caractéristiques d’un effluent donné. Ce modèle a été utilisé comme noyau d'un modèle de conception qui évalue la faisabilité des systèmes d’extraction de l’ammoniac à partir des caractéristiques des eaux usées et d’un objectif d’élimination prédéfini. En tenant compte des facteurs économiques et à partir d’un problème d’optimisation itératif, le modèle produit la géométrie, le nombre d’unités de dégazage et l’alimentation en air qui minimisent à la fois les frais d'investissement et d’exploitation. Étant donné que la concentration d’ammoniac dans les eaux usées est connue et le pourcentage de récupération est fixé, la conception du procédé n’affecte pas le revenu obtenu de sa vente. Le modèle a été calibré sur la base de solutions synthétiques imitant la composition de l’urine, du lixiviat de compostage et des eaux usées d’aquaculture. Lorsqu’il a été validé par rapport à des effluents réels, il n’a pu prédire que l’efficacité d’élimination de l’urine. Un exemple d’étude de cas portant sur l’analyse technico-économique du fonctionnement d’un système de traitement d’urine à petite échelle a été réalisé. Bien que les frais d’exploitation soient approximativement le double (ou plus si l'épuration est envisagée) de ceux d’un procédé conventionnel d’élimination uniquement, il est intéressant d’un point de vue environnemental. Il est recommandé de poursuivre l’étude des effets des autres composants des eaux usées qui pourraient avoir un impact sur le procédé. Des recherches supplémentaires doivent être menées sur la réduction de frais d’exploitation afin de rendre ces options économiquement intéressantes. / A wide variety of ammonium-bearing industrial and domestic waste streams are discharged into nature without proper treatment. Since this can pose a threat to both the environment and human health, it is common practice to remove ammonium by converting it into nitrogen gas which is released to the atmosphere. Although this helps complying with environmental regulations, ammonium is a highly valuable product, being one of the main components in fertilizers. Despite this extensive availability as by-product, this nutrient is commonly produced from the ground up through highly energy consuming techniques that generate green house gas emissions such as the Haber-Bosch process. The stripping-scrubbing systems allow to recover ammonium from waste water and revalorize it as a useful product. Its application in large-scale industries has been widespread validated and reported in the literature. Research is still being done to study the effect of different characteristics of wastewater,such as chloride content and alkalinity that may decrease or enhance ammonium recovery. More importantly, its adaptation for small-scale applications has not yet been explored despite the fact that the possibility to treat small volumes of wastewater and the recovery of resources and water on-site arevery attractive. Considering the above, the objective of this project is to evaluate the feasibility of implementing such systems in small-scale industries. This work focuses on the stripping stage only.For this, it is essential to characterize the effluents from various sources and their effects on the ammonium recovery efficiency. A stripping-scrubbing system was reproduced at laboratory-scale. The effects of ammonium content, alkalinity, electrical conductivity, and pH were assessed in batch tests using synthetic solutions. From the results, a linear regression was performed to obtain a mathematical model to predict ammonia removal from the characteristics of a given effluent. This model was used as the core of a design model that evaluates the feasibility of ammonia stripping systems from the wastewater characteristics and a predefined removal target. Taking economic factors into accountby means of an iterative optimization problem, it outputs the geometry, number of stripping units, andair supply that minimized both investment and operating costs. Since the target is predefined and the wastewater composition known, the income from selling a fertilizing salt is independent of the design. The model was calibrated based on synthetic solutions mimicking the composition of urine, composting leachate, and aquaculture wastewater. When validated against real effluents, it only was able to predict the removal efficiency of urine. An example case study addressing the techno-economic analysis of the operation of a small-scale urine treatment system was conducted. Although the operating costs approximately double (or more if scrubbing is considered) that of a conventional removal-only process, it is interesting from an environmental perspective. It is recommended to continue studying the effects of other components of wastewater that could impact the process. Further research must bedone reducing operational costs in order to make these options economically interesting.

Les potentialités Fibrobacter succinogenes, l'espèce majeure du rumen, ont été utilisées pour la dégradation de végétaux et dans le cadre du projet MELiSSa créé par l'ESA. Dans un premier temps des cultures sur glucose nous ont permis de maîtriser notre procédé et de valider les techniques utilisées. Les cultures sur déchets végétaux (chou, soja et paille) par Fibrobacter succinogenes ont permis de mettre en évidence des cinétiques de dégradation différentes selon le substrat utilisé. Ensuite, les cultures sur un substrat issu d'une première dégradation par biométhanogenèse (projet MELiSSA), ont permis une amélioration du système et ont révélé des rendements de dégradation importants. La recherche d'un contaminant par biologie moléculaire a été menée pour expliquer la production de butyrate dans nos cultures. Enfin le programme "Anaerobic Waste Compartment Modelling and Simulation" nous a montré une très grande similitude avec les résultats expérimentaux