La valorisation de la fraction organique des déchets ménagers par un procédé biologique à deux étapes permet la production d’un mélange H2/CH4 comprenant 5 à 20% d’hydrogène appelé plus communément biohythaneLa première étape consiste en un réacteur de fermentation sombre (hydolyse/acidogénèse) où une partie de la matière organique est dégradée en H2 et en molécules simples (acides gras volatils, sucres simples, éthanol...). Les déchets prédigérés provenant du réacteur de fermentation peuvent ensuite être utilisés dans un réacteur de méthanisation afin de finaliser la dégradation de la matière organique pour produire du méthane. Cependant, seule une efficacité optimale de l’étape de fermentation sombre permet au procédé d’être économiquement viable comparé à un méthaniseur simple. Cette thèse a donc pour objectif d’améliorer la compréhension du système de fermentation sombre afin d’optimiser le rendement de conversion en hydrogène et en autres métabolites produits. Les expériences menées en réacteurs batch ont permis de mettre en évidence les limites ainsi que les conditions opératoires optimales influençant le rendement en hydrogène. Il a également été montré que la fermentation sombre possède une grande stabilité et robustesse lors de la recirculation de l’effluent pour des batchs successifs. Enfin, différentes échelles de réacteurs ont été réalisées pour se rapprocher des conditions réalisables à l’échelle industrielle. Cette thèse apporte de nouvelles informations et une compréhension poussée du procédé de fermentation sombre pour à terme, envisager la création d’un procédé industriel à deux étapes pour la production de biohythane à partir de déchets ménagers. / Two-step process producing biologically a mixture of H2/CH4 (5-20 % of H2) so called biohythane can be used for organic fraction of municipal solid waste valorization (OFMSW). The first step consists of a dark fermentation reactor (hydolysis/acidogenesis) which allows a partial degradation of organic matter into H2 and simple molecules (volatile fatty acid, sugar, ethanol…). Then the outlet of the first reactor can be used in a second reactor for methane production ending organic matter degradation. However, only high efficiency of the dark fermentation step allows making this two-step process economically viable compared to a simple anaerobic digestion reactor. The aim of this thesis is to improve the knowledge of the dark fermentation process for optimizing hydrogen and metabolites productions. Experiments were achieved to better understanding the main factors limiting hydrogen production along with the operational conditions that could improve hydrogen yield. This thesis also shows the high stability and robustness of effluent recirculation for consecutive hydrogen batch reactor. Finally, several sizes of reactors were performed for a scale-up of the process in order to reach the real operational conditions in industrial scale. This thesis provides new knowledge of the dark fermentation process in mixed culture for creating an industrial two-step process for biohythane production using municipal solid waste.

La digestion anaérobie, procédé d’énergie renouvelable, constitue un atout indéniable de récupération des flux matière et énergie des déchets en réponse aux enjeux du développement durable. Ainsi, la présente étude a pour objectif de contribuer à la compréhension des mécanismes qui gouvernent l’environnement réactionnel de digestion en anaérobie et les effets des digestats sur la matrice bio-physico-chimique des sols à vocation agricole. Le développement des tests de lixiviation en réacteurs contrôlés aérobie et anaérobie, les modes de mobilisation du contenu organo-minéral des substrats et la valorisation du biogaz pour l’équarrissage des bêtes ont été réalisés. Les verrous techniques et physico-chimiques entachant la digestion anaérobie des déchets d’ananas ont été levés et optimisés grâce à des co-substrats notamment les bouses de vache et les cendres. Les digestats ont été apportés sur des sols agricoles, des sols des zones de forêts et des milieux sans matière organique ni argiles et ont permis de déceler les limites d’utilisation des digestats et les interactions avec les fractions organiques et minérales du sol. Cette étude montre ainsi, l’importance de développer la filière de méthanisation pour une élimination durable des déchets organiques. / Anaerobic digestion, a renewal energy process, constitutes an undeniable asset of material and energy flows recovering in response to sustainable development issues. Thus, the aim of this current study was to contribute to the understanding of mechanisms that govern the reactive environment of anaerobic digestion and the effects of digestates on the biophysico- chemical matrix of agricultural soils sector. The running of leaching tests in aerobic and anaerobic controlled reactors, organo-mineral mobilizations patterns of the substrates and the valorization of biogas in slaughtered animals knackering have been realized. The physicochemical and technical locks tarnishing the pineapple wastes anaerobic digestion have been lifted and optimized through the co-substrates including cattle manure and ashes. The digestates have been brought on agricultural soils, forests areas soils and medium free of organic matter and clays and allowed to detect the limits of digestates uses and the interactions with organic and mineral fractions of soils. This study, thus show, the importance to develop the anaerobic digestion sector for a sustainable removal of organic wastes.

Les déchets nucléaires de haute activité, produits en France sous forme de colis de verre lors du traitement du combustible usé, sont destinés à être stockés en couche géologique profonde sur le long terme. L’arrivée de l’eau de l’environnement au contact du colis est prévue après quelques milliers d’années. De nombreuses études sur la durabilité d’un simulant non radioactif du verre industriel ont montré que le verre au contact de l’eau s’altère selon plusieurs régimes de vitesse, aboutissant à la formation d’une pellicule d’altération « passivante » et à l’instauration d’un régime de vitesse résiduelle sur le long terme. Cependant, la matrice vitreuse est soumise à la radioactivité des radioéléments qu’elle confine. Ce travail de thèse a pour objectif de se focaliser sur l’influence de l’irradiation sur la pellicule d’altération formée au cours de ce régime de vitesse résiduelle d’un point de vue structural et mécanistique. Dans ce but, la démarche choisie s’articule selon trois axes complémentaires. Des verres modèles simples non radioactifs ont été altérés et irradiés de façon externe afin d’observer les modifications engendrées par des effets électroniques (irradiations aux électrons et aux particules alpha).Le comportement à l’altération de ces mêmes types de verres, préalablement irradiés par des ions lourds, a été étudié de façon à appréhender l’impact de la dose balistique par le verre avant l’arrivée de l’eau. Enfin, l’altération d’un verre complexe dopé en émetteur alpha a été mise en œuvre afin de se rapprocher d’une situation plus réaliste. / High-level radioactive waste (HLW) remaining after spent nuclear fuel reprocessing is immobilized within a glass matrix, eventually destined for geological disposal. Water intrusion into the repository is expected after several thousand years. The alteration of a non-radioactive surrogate for nuclear glass has been extensively studied and it has been determined that successive leaching mechanisms lead to the formation of a “passivating” alteration layer and to the establishment of a residual rate regime in the long term. However, glass packages are submitted to the radioactivity of confined radioelements. This work focuses on the influence of irradiation on the alteration layer formed during the residual rate regime, in a structural and mechanistic point of view. Three focal areas have been selected. Non-radioactive simple glasses have been leached and externally irradiated in order to determine modifications induced by electronic effects (irradiations with electrons and alpha particles). The same type of glass samples have been previously irradiated with heavy ions and their leaching behavior have been studied in order to assess the impact of ballistic dose cumulated by the glass before water intrusion. Leaching behavior of a complex radioactive glass, doped with an alpha-emitter, has been studied to consider a more realistic situation.

En France, les pouvoirs publics tentent de généraliser la tarification incitative des déchets ménagers (TI). Il s’agit d’un système de tarification qui consiste à faire payer les usagers du service de gestion des déchets en fonction de la quantité de déchets qu’ils produisent. Néanmoins, la TI reste peu diffusée car sous-tendue par un certain nombre de problèmes d’ordre économique social et environnemental auxquels les acteurs chargés de sa mise en œuvre redoutent d’être confrontés.En partant du triple constat que la littérature scientifique sur le sujet a essentiellement été du fait des économistes, que ces derniers ont généralement un point de vue favorable à l’incitation économique, et qu’ils disposent d’un place centrale dans l’action publique, cette recherche pose l’hypothèse générale du rôle des économistes dans la mise sur agenda de la TI en France par une dynamique de « cadrage » de ses « débordements » (de ses problèmes). Cette thèse défend l’idée d’un processus d’économisation caractérisé par des « traductions » successives avant et au cours du Grenelle de l’Environnement des travaux d’un organisme d’évaluation des déchets marqué par la présence de certains économistes et de certaines études économiques favorables à la TI. Ces « traductions » ayant été opérées par des députés communistes, cette thèse rejoint les différents travaux qui montrent que l’économisation ne peut se réduire à des liens organiques avec la doctrine économique libérale ou avec une forme de « néolibéralisme » qui constituerait la variable explicative du changement des politiques publiques. Par ailleurs, cette recherche s’intéresse à la mise en œuvre locale de la TI. En décrivant, dans le cours des actions, la manière dont les membres d’une collectivité locale ont mis en place leur projet de tarification incitative entre 2013 et 2016, le travail entrepris montre comment ceux-ci ont « géré » divers « débordements » relatifs à sa mise en œuvre. / In France, public authorities have been trying to generalize Unit-Based Pricing of household waste (UBP). It is a pricing system that consists in charging users for the waste management service depending on the amount of waste they produce. Nevertheless, UBP is not largely implemented because the actors responsible for its implementation fear being confronted to a certain number of economic issues, social issues and environmental issues.Keeping in mind the triple observation that the scientific literature on this subject was essentially written by economists, that economists generally favour the economic incentive, and that they have a central place in public action, the general hypothesis of this research is about the role of economists and their studies to set the agenda of UBP in France by a dynamics of "framing" of its "overflowing" (of its problems). This thesis defends the idea of an economization process characterized by successive "translations" – before and during the Grenelle de l'Environnement – of the work of a waste-assessment organisation marked by the presence of certain economists and certain economic studies favourable to UBP. These "translations" have been carried out by Communist representatives, and this thesis is in accordance with the various works which show that the economisation cannot be reduced to organic links with the liberal economic doctrine or with a form of "neoliberalism" which would constitute the explanatory variable of public policies change.In addition, this research focuses on the local implementation of UBP. By describing, step by step, how members of a local community set up their unit-based pricing project between 2013 and 2016, the work undertaken shows how they have "managed" various "overflows" related to its implementation.

Cette thèse s'intéresse aux dispositifs de compostage de proximité en Île-de-France. Développés par les collectivités depuis le début des années 2000 en marge du service urbain traditionnel de collecte et de traitement des déchets, ils permettent de recycler les biodéchets en proximité, directement au pied des immeubles ou dans les quartiers; ils semblent ainsi permettre de transposer le service traditionnel en l'adaptant aux nouvelles exigences environnementales de réduction et de recyclage des flux de matières. La thèse part du constat que les usagers participants, toujours volontaires, semblent particulièrement investis dans le processus de compostage et que ce dernier paraît plus complexe que le tri sélectif. Elle propose alors de regarder le compostage de proximité non plus comme un dispositif de gestion de déchets mais comme une technique, au sens anthropologique du terme, c'est-à-dire une action socialisée par laquelle les habitants prennent en charge des matières, qu'ils transforment en l'occurrence en compost, mus par des objectifs potentiellement variés que cette recherche se propose justement d'explorer. La thèse montre d'abord que le compostage de proximité est davantage développé comme un outil de communication que comme une technique performante de gestion des déchets par les institutions étatiques et territoriales qui le mettent en œuvre, prisonnières d'un sentier technique hérité des services urbains traditionnels en réseau et qui contribue à rendre le compostage de proximité peu efficace. Après avoir décrit ces mécanismes conduisant à sa disqualification du champ des solutions techniques possibles à la gestion des biodéchets, la thèse propose une étude technologique des dispositifs du compostage en pied d'immeuble porté par la Ville de Paris : la construction de chaînes opératoires permet de retracer le processus technique du compostage en tenant compte des matières qu'il met en jeu (les biodéchets), des outils utilisés (les composteurs, des sécateurs, des fourches) et des acteurs mobilisés (les habitants au premier chef). Le processus technique s'avère relativement efficace d'un point de vue matériel, mais relève plus d'un nouveau loisir urbain que d'un dispositif de gestion des déchets : les habitants ne cherchent pas particulièrement l'efficacité technique du processus. Outil de communication pour les institutions, loisir pour les habitants, le compostage de proximité n'est une technique de gestion des déchets pour aucun des acteurs, malgré sa relative efficacité. La thèse défendue est alors que ce type de dispositif renforce, plus qu'il ne le remet en cause, le grand réseau technique traditionnel comme modèle unique de fourniture des services urbains que les institutions cherchent à transformer. / This thesis studies collective composting devices in Île-de-France (Paris region). As the traditional network infrastructure of waste disposal has coped with the reduction of waste flows with difficulty, local governments in charge of waste management have developed alternative collective composting systems since the beginning of the 2000s. Composting bins allowing users to recycle bio-waste locally were seen as a solution to current problems in urban services transformation. As a starting point, this work observes that service users involved in local composting are particularly motivated, and that the technical process they are involved in seems more complex than selective sorting. Thus, the thesis argues that collective composting cannot any longer be considered as a waste management device, but as a technology, in the anthropological meaning of the term. In that way, composting appears as a socialized action in which inhabitants take biological matters in charge, transforming them into compost for a variety of reasons and objectives analyzed in this thesis. First, this work shows how the French State and local governments developed collective composting more like a communication tool than a real technological device, as if institutions involved in waste management were trapped in a traditional urban technical network while still trying to transform it. As a result, alternative waste devices were disqualified from the field of serious technological solutions. The second part of this thesis offers a technological study of collective home composting in order to understand how it precisely works. This thesis uses the anthropological concept of “chaînes opératoires” which allows to examine every stage of the composting process, by studying how biological matters (in this case, bio-waste) are transformed, with which kind of tool (shovel, composting bins, garden).

Cette recherche s’attache aux pratiques de nettoyage et d’enlèvement des déchets en bordure de routes dans les Alpes-Maritimes (France). La réflexion proposée porte sur la déterritorialisation et/ou la reterritorialisation des déchets dans les lieux et sur « l’esthétique de la disparition ». Les résultats émanant d’enquêtes ethnographiques – menées auprès des élus et techniciens du Conseil Général du 06 et des membres d’une association de jeunes : « les Rikikibians » – sont l’occasion d’explorer leurs manières respectives ou communes d’agir avec les déchets sur l’environnement. Cette recherche entend revisiter la monographie, en tentant la « science nomade » de Deleuze et Guattari. Partant d’une approche ethnologique du sensible, il s’agit d’évaluer la relation entre les hommes et les déchets dans les usages politiques et sociaux de l’espace-nature contemporain. Le déchet, en tant que chose entre matière et substance, objet manipulé et objet de manipulation, est envisagé suivant son inscription dans le monde du sauvage et dans ses manières d’habiter l’abandon. Le déchet est analysé dans sa valeur praxique plutôt que dans sa valeur signe, dans la pratique plutôt qu’en termes de symbolique. Au-delà du rejet, l’accent est mis sur le détachement et plus largement sur les processus de subjectivation à l’oeuvre dans « l’apprentissage par corps de savoir-comment » avec les déchets. / This research attempts to look at the cleaning and waste removal practices along the roads in the Alpes-Maritimes (France). The reflection involves the deterritorialisation and/or reterritorialisation of waste in areas and on the “esthetic of disappearance”. The results from ethnographic investigations – which were conducted with elected officials and technicians of the General Council of 06 and members of a youth association : "the Rikikibians" – are an opportunity to explore their respective or common ways of acting with waste on the environment. This research intends to revisit the monograph, trying “nomadic science” of Deleuze and Guattari. From a sensitive ethnological approach, it is to assess the relationship between humans and waste in the political and social uses of contemporary natural-spaces. Waste, as something between material and substance, as manipulated object or object of manipulation, is considered following its inclusion in the world of the wild and in its ways of living the abandonment. Waste is analyzed in praxis value rather than in sign value, in practice rather than in symbolic terms. Beyond the reject, the emphasis is put on the detachment and more broadly on the processes of subjectivation at work in the “know-how body learning” with waste.

Afin de conditionner les déchets technologiques issus du démantèlement de l’Atelier de Vitrification de Marcoule au Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives (CEA), leur blocage dans une matrice cimentaire est envisagé. Dans ce contexte, l’effet des rayonnements ionisants issus des déchets nucléaires sur la matrice de confinement doit être examiné afin de garantir d’une part l’intégrité du colis, et d’autre part une production de gaz de radiolyse limitée. Ce travail de thèse s’intéresse au comportement sous irradiation gamma et électronique de trois types de matériaux cimentaires aux constituants différents et se focalise sur la production de gaz de radiolyse et sur l’évaluation de la résistance physique à travers l’observation des modifications structurales. Le sujet est traité par une double approche à la fois sur pâte de ciment et sur phases modèles, c’est-à-dire sur les hydrates constitutifs des pâtes de ciment synthétisés indépendamment. Il apparaît clairement que l’eau porale ainsi que les hydrates constitutifs contribuent à la production d’hydrogène radiolytique, avec une forte variation selon la nature des matériaux cimentaires. Ainsi, les ciments à base d’aluminates de calcium et les ciments phospho-magnésiens présentent un intérêt notable par rapport aux ciments silico-calciques usuels quant à la production d’hydrogène. Aux très fortes doses (plusieurs GGy) la résistance structurale sous irradiation électronique a été évaluée par diffraction de rayons X. Les hydrates constitutifs des trois familles de ciment étudiées présentent une bonne résistance structurale. Malgré la présence de variations dimensionnelles et microstructurales, ils ne s’amorphisent pas sous irradiation, ce qui s’avère positif en vue de l’application industrielle envisagée. / In order to treat the technological waste arising from the dismantling of the Marcoule Vitrification facility of the French Atomic Energy Commission (CEA), conditioning in a cement matrix is being put forward. Within this context, the impact of ionizing radiation produced by the nuclear waste on the confinement matrix ought to be investigated in order to ensure both the integrity of the package and the limitation of the radiolytic gas production. This thesis investigates the behavior of three types of cement compounds with distinct constituents under gamma and electronic radiation. This study deals with both the radiolytic gas production and the physical resistance of the materials using a structural modification examination. A double and complementary approach is used treating cement pastes and synthetic cement compounds together. It clearly appears that the pore water and the hydrates themselves both contribute to the radiolytic hydrogen production, with a significant variation depending on the nature of the materials. As far as radiolysis is concerned, calcium aluminate-based cements and magnesium phosphate cements are of considerable interest in comparison with the usual calcium silicate cements. At very high doses (GGy range), the structural resistance under electron irradiation was evaluated by X-ray diffraction. The constituent hydrates of the three cement types studied exhibit a good structural resistance. Despite the presence of dimensional variations at the unit cell scale as well as microstructural evolution, no amorphization is observed under irradiation, which is an interesting result with respect to the intended industrial application.

Selon le Règlement sur les matières dangereuses du Gouvernement du Québec, les résidus de bois encollés de résine sont susceptibles d’être des matières dangereuses résiduelles toxiques, car ils contiennent du formaldéhyde. La gestion des résidus toxiques est problématique pour l’industrie de la seconde transformation du panneau, car il pourrait s’avérer que la majorité des usines ne disposent pas de chaudière de combustion d’une puissance assez élevée pour brûler leurs résidus de panneaux en conformité avec les exigences gouvernementales. La récupération de ces résidus pourrait être envisageable, mais une connaissance plus approfondie de la nature de ceux-ci est essentielle pour être en mesure d’envisager cette option. L’objectif de cette étude est de caractériser les résidus provenant de l’industrie québécoise de la seconde transformation des panneaux de particules et de fibres de bois dans le but d’éclairer le choix des options de récupération, d’utilisation ou de disposition de ces résidus. Une enquête réalisée auprès des industriels de seconde transformation du panneau a permis de dresser un portrait des résidus générés. Un questionnaire a été transmis par la poste à un échantillon d’usines de chaque secteur industriel. L’utilisation d’une méthode en cinq points de contact a mené à l’obtention d’un taux de réponse de 32%. Une quantification des résidus a été réalisée dans le but final d’extrapoler les résultats à l’ensemble de l’industrie québécoise. L’analyse des résultats a permis de dresser un portrait des résidus de panneaux quant à la gestion, la disposition et la contamination de ceux-ci. L’enfouissement est le mode de disposition le plus répandu et les entreprises de petite taille ont plus tendance à faire appel à cette pratique. La gestion des résidus de panneaux est problématique chez 30% des industriels et certains d’entre eux ont déjà tenté de trouver de meilleurs débouchés que ceux dont ils disposent actuellement. / According to Québec’s Règlement sur les matières dangereuses, wood residues containing resin are likely to be toxic residual dangerous matters because of their formaldehyde content. The management of these residues is problematic for the secondary board manufacturers because the majority might not operate a combustion boiler with high enough power to burn board residues in conformity with regulatory requirements. The recovery of these residues could be possible, but no decision can be taken without knowing the nature of the residues. The objective of this study is to characterize the residues coming from the secondary board manufacturers in the province of Québec in order to find opportunities for recuperating, recycling or disposing of these residues. A survey of secondary board processing plants has been conducted to draw a picture of the disposal of residues. A mail questionnaire was sent to a sample of plants within each industrial sector. The five points of contact method was applied, yielding a response rate of 32%. A quantification of the residues was made and the data was used to extrapolate the results to the whole of Québec industry. A segmentation of the results according to the size of the plant or to the industrial sector was made and significant differences were found between classes regarding the management, the use and the contamination of the residues. The majority of secondary board manufacturers send their board residues to landfill sites. This is the case of most small size mills. The survey indicates that 30 percent of the mills have experienced serious problem in managing these residues and they have already tried to find a better solution to dispose of them.

Au Québec, l'enfouissement est la technique la plus répandue pour l'élimination des matières résiduelles. Bien qu'elle soit simple et économique, elle entraîne différentes problématiques, dont la production de lixiviats, des liquides très chargés en contaminants, et de gaz d'enfouissement contribuant à l'émission de gaz à effet de serre. Chez Investissement Québec - CRIQ (IQ-CRIQ), la biofiltration méthanotrophe a été étudiée dans les dernières années pour le traitement combiné de ces deux sources de polluants. Si cette technologie a montré une bonne capacité à traiter le méthane (CH₄) présent dans les gaz d'enfouissement, tout en assimilant de l'azote des lixiviats, la capacité du système biologique à résister aux fluctuations saisonnières de température peut être questionnée. L'objectif principal est donc de vérifier si le caractère exothermique de la réaction d'oxydation du CH₄ par les bactéries méthanotrophes permet de maintenir l'activité biologique au sein du biofiltre et donc la capacité épuratoire du CH₄ et de l'azote nitrate (NO₃-) des lixiviats en période hivernale. Pour ce faire, un montage expérimental comprenant quatre biofiltres avec un garnissage organique a été alimenté avec des lixiviats prétraités provenant d'un site d'enfouissement et un mélange synthétique de gaz composé de gaz naturel et d'air. Des isolants en uréthane et une chambre réfrigérée ont été utilisés afin de reproduire les conditions hivernales sur le terrain d'un biofiltre enfoui, soit une température avoisinant les 4 °C. En ce sens, la température d'alimentation liquide a aussi été diminuée à 4 °C pour deux des quatre biofiltres. L'effet d'une charge en CH₄ plus importante sur le traitement a aussi été exploré. Durant les expérimentations qui se sont étendues sur environ 300 jours, les gaz (CH₄, CO₂, N₂O entre autres) et les liquides (NO₃-, NO₂-, NH₄+, pH entre autres) ont été analysés deux à trois fois par semaine et la température interne des réacteurs a été suivie en continu à l'aide de capteurs. Les expérimentations ont permis de montrer que le maintien du traitement était possible même avec une baisse de la température du liquide d'alimentation : une capacité d'élimination de 98 à 112 gCH₄/m³/j et de 2,6 à 3,2 gN-NO₃-/m³/j a été observée pour le biofiltre à température ambiante (environ 21 °C) alimenté avec un lixiviat à 4 °C alors qu'elle a été de 113 gCH₄/m³/j et de 4,4 gN-NO₃-/m³/j pour le biofiltre témoin (température ambiante et d'alimentation liquide à environ 21 °C). Cependant, le biofiltre alimenté avec des lixiviats à 4 °C et placé dans un environnement avec une température ambiante à 4 °C a vu ses capacités à traiter le CH₄ et le NO₃- devenir nulles lors du changement drastique de température. Finalement, le biofiltre alimenté avec une concentration plus élevée en CH₄ n'a pas été en mesure de traiter davantage de contaminants, ce qui laisse croire qu'il pourrait y avoir un débalancement entre le CH₄, les NO₃- et les autres nutriments essentiels ou encore la présence d'inhibiteurs au sein du biofiltre. Une difficulté des gaz à pénétrer le biofilm a aussi pu limiter la capacité d'oxydation et donc l'enlèvement des NO₃-. Bien que des incertitudes persistent, les résultats obtenus montrent bien un potentiel de maintien des capacités épuratoires par les méthanotrophes en période froide d'opération.

Les émissions élevées de carbone dues à la production de ciment sont l'un des problèmes les plus critiques pour la durabilité du béton. Au cours des dernières décennies, l'utilisation d'ajouts cimentaires (SCMs) dans le béton est devenue très courante pour produire un béton durable. En outre, la demande mondiale croissante d'infrastructures entraîne aujourd'hui une surexploitation des ressources naturelles. En raison de la disponibilité limitée et variables des SCMs dans les régions, il existe aujourd'hui un besoin urgent d'explorer des SCMs qui sont disponibles localement pour la production d'un béton durable. Chaque année, 1,5 million de tonnes de brasques usées (SPL) sont générées comme déchets par les fonderies d'aluminium primaire dans le monde. Après traitement, le SPL devient un matériau inerte, appelé LCLL-ash dans cette étude. Les LCLL-ash sont riches en aluminium et en silice, ce qui leur confère des caractéristiques pour remplacer le ciment dans le béton. Tout d'abord, les LCLL-ash sont broyées à la même taille que les particules de ciment. 10 à 20% en masse du ciment, composant la pâte de ciment, est remplacé par le LCLL-ash broyée. Une petite quantité d'anhydrite synthétique (autre sous-produit lié à l'industrie de l'aluminium) est également ajoutée dans certains mélanges. Comme pour les bétons conventionnels, les résultats présentés montrent que la LCLL-ash a, au début, un effet de nucléation et une faible réaction pouzzolanique, tandis que la LCLL-ash change les produits d'hydratation avec l'apparition d'une nouvelle phase AFm-CO₃ et la formation accrue d'ettringite par rapport à la pâte pure. Un niveau de remplacement optimisé de 10% de ciment a pu être atteint sans affecter les propriétés micromécaniques. Deuxièmement, une étude préliminaire sur l'effet de la LCLL-ash calcinée à haute température (800°C et 1000°C) sur l'hydratation des pâtes de ciment est réalisée. La partie du ciment remplacée par la LCLL-ash calcinée est de 20% en masse et le e/c est de 0.485. La LCLL-ash calcinée a changé les produits d'hydratation avec la formation de la phase AFm-CO₃ et retarde la vitesse d'hydratation du ciment. Cependant, la chaleur générée par l'hydratation et la teneur en hydrates dans le ciment LCLL-ash calciné sont inférieures à celles du ciment LCLL-ash. On peut conclure que la calcination n'a pas amélioré de manière significative la réaction pouzzolanique du ciment LCLL-ash. Ceci est probablement lié à l'hétérogénéité de la LCLL-ash, entraînant un changement de sa composition chimique. Troisièmement, pour mieux comprendre l'effet des fillers minéraux sur les mélanges de BFUP, nous avons mené une campagne expérimentale large et complète au niveau de la pâte de ciment et du béton. Le ciment a été remplacé par des fillers minéraux issus de l'industrie de la pierre (poudre de granite, poudre de calcaire) et post-consommés (poudre de verre) qui sont disponibles localement au Québec. Les résultats obtenus permettent une meilleure compréhension de l'effet du remplacement du ciment Portland et de la fumée de silice par 10-40% de charges minérales sur les propriétés à l'état frais du béton, la cinétique d'hydratation, le retrait endogène et les propriétés mécaniques. L'effet du remplacement du liant par des fillers minéraux a également été vérifié à l'échelle du BFUP. Enfin, une formule LCLL-BFUP a été développée avec succès en optimisant la densité de compaction du mélange sur la base du modèle de compaction des particules (CIPM). La substitution du ciment parla LCLL-ash était de 6% et 12% de la masse. Les résultats montrent que la LCLL-ash retarde le pic d'hydratation maximum du clinker par rapport au mélange de référence. Cependant, la LCLL-ash aide à diminuer le retrait endogène, réduisant ainsi les fissures précoces. De plus, la substitution jusqu'à 12% de la masse du ciment par de la LCLL-ash est possible pour produire un BFUP répondant aux exigences de la norme canadienne (120 MPa). De plus, le mélange de BFUP développé a une teneur en ciment inférieure à 550 kg/m³, ce qui permet de réduire le coût et les émissions de CO₂ du BFUP. / The high carbon emissions due to cement production is one of the most critical issues for fostering concrete sustainability. In the last decades, supplementary cementitious materials (SCMs) in concrete have become very common to produce sustainable concrete. Moreover, today, the growing worldwide demand for infrastructures is causing over-exploited natural material sources. Concerned by the limited availability of SCMs and their regional variation, there is today an urgent need for exploration of alternative SCMs which are locally available in the production of durable concrete. Every year 1.5 million tons of spent pot lining (SPL) are generated as waste from the primary aluminum smelters worldwide. After treatment, SPL becomes an inert material called LCLL-ash in this study. LCLL-ash is rich in aluminum and silica content which will be a potential property to replace cement in concrete. Firstly, ground LCLL-ash as the fineness of cement is replaced cement partially on the paste systems at 10 and 20% wt. A small amount of synthetic anhydrite (other by-products related to the aluminum industry) is also added in some mixes. As for normal concretes, the presented results show that LCLL-ash has a nucleation effect and low pozzolanic reaction at an early age, whereas LCLL-ash changes the hydration products with the presence of AFm-CO₃ and more ettringite compared to the neat paste. An optimized replacement level of 10% cement could be achieved without affecting the micromechanical properties. Secondly, a preliminary study on the effect of calcined LCLL-ash at high temperatures (800°C and 1000°C) on the hydration of cement pastes is carried out. The replacement cement by grind-(calcined) LCLL-ash is 20% wt. and w/b of 0.485. Calcined LCLL-ash has changed the hydration production with the formation of the AFm-CO₃ phase and delays the hydration of cement. However, the heat of hydration and the hydrates content in calcined LCLL-cement are lower than that of LCLL-cement. It can conclude that calcination did not significantly improve the pozzolanic reaction of LCLL-ash. This is possibly related to the heterogeneity of LCLL-ash, leading to changing its chemical composition. Thirdly, to better understand the effect of mineral fillers on UHPC mixtures, we carried out a wide and comprehensive experimental campaign at the cement paste and concrete scales. In particular, cement was replaced by mineral fillers from the stone industry (granite powder, limestone powder) and post-consumer (glass powder) which are locally available in Quebec. The presented results show a better understanding of the effect of replacing Portland cement and silica fume with 10-40% of mineral fillers on fresh concrete properties, hydration kinetics, autogenous shrinkage, and mechanical properties. The effect of replacing binders by mineral fillers was also verified at the UHPC scale. Finally, an LCLL-UHPC formulation was successfully developed by optimizing the packing density of the mixture based on the compaction-interaction packing model (CIPM). The substitution of cement by LCLL-ash was 6% and 12% wt. The result shows that LCLL-ash delays the maximum hydration peak of clinker compared to the reference mix. However, LCLL-ash helps decrease the autogenous shrinkage, reducing the early-age cracking. Moreover, the substitution of up to 12% wt. of cement by LCLL-ash is possible to produce UHPC to meet the requirement of Canadian standard UHPC (120 MPa). Furthermore, the developed UHPC mixture has a cement content of less than 550 kg/m³, resulting in lower cost and embodied CO₂ emission of UHPC.