Le temps de la décroissance de l'activité radioactive de certains radionucléides contenus dans les déchets nucléaires, en dessous d'un seuil considéré comme acceptable, se compte parfois jusqu'en centaines de milliers d'années. Comment les salarié.es de l'Agence Nationale pour la gestion des Déchets Radioactifs (Andra) montrent la sûreté d'un dépôt géologique de ces déchets sur de telles temporalités ? C'est à cette question qu'entreprend de répondre cette thèse, à partir d'une étude des archives de cette agence et d'observation menées au sein de celle-ci.Cette thèse est d'abord une histoire sociale des pratiques savantes mobilisées, depuis les années 1980 jusqu'à 2013, pour étudier l'évolution d'un stockage (géologie, étude des matériaux, simulation numérique...) Elle analyse également le rôle de la recherche dans le gouvernement de l'aval du cycle nucléaire depuis la loi de 1991 qui, en France, encadre la gestion des déchets nucléaires.Bien que l'évacuation géologique soit la seule solution de gestion envisagée pour les déchets radioactifs, la dissociation entre les recherches menées dans le laboratoire souterrain de Bure et leur finalité a permis à l'Andra de s'implanter localement. Cependant, l'Andra se heurte à l'impossibilité épistémique d'appréhender exhaustivement l'évolution d'un stockage sur des centaines de milliers d'années. Désormais, les recherches accompagnent l'implantation du stockage, transformant sans cesse la compréhension de son comportement. Alors que la démonstration publique de la sûreté d'un stockage devient une condition d'acceptation d'un tel ouvrage, l'Andra abandonne peu à peu la prétention à produire une preuve formelle sur le modèle d'une démonstration mathématique : à partir des années 2000, la sûreté repose sur un « faisceau d'arguments » apportant la garantie d'une certaine maîtrise de l'évolution du stockage. Enfin, cette thèse montre au prix de quelles hypothèses la gestion des déchets nucléaires a été promue, durant les années 2000, comme un exemple parfait de démocratie technique. / It takes up to hundreds of thousands of years for the radioactivity contained in some nuclear waste to decrease under acceptable threshold. How engineers and scientists from the French agency for nuclear waste management (Andra) prove the safety of an underground disposal on such a temporality? Based on the study of the Andra's archives and on internal observation, this thesis intends to address and answer the above question.This thesis is first and foremost a social history of scientific practices used to study the evolution of storage (geology, materials science, numerical simulation...) between the 1980’s and 2013. It's also a study of the role of research in governing the back end of the nuclear fuel cycle, after the French law of 1991 provided nuclear waste management with legal framework. Burying nuclear waste is the only option to manage them. However, the distinction between the research undertaken in Bure underground laboratory and their purpose, has allowed Andra's siting. Engineers and scientists from this agency are faced with the epistemic inability to understand exhaustively the evolution of storage during hundreds of thousands years. The progress of the project and researches work jointly and the pursuit of science constantly disrupts the understanding of the storage evolution. When, in the 1990s, the public demonstration of storage safety became a condition of its acceptance, the Andra progressively gave up the idea that a formal demonstration, like a mathematical one, could be produced. Since the 2000s, the storage safety has been based on a “cluster of arguments” which ensures a degree of control over the deposit evolution. Finally, this thesis shows how the French nuclear waste management has been promoted as a prime example of technical democracy.

Une grande variabilité de déchets contenants des nanomatériaux sont largement produits partout dans le monde. En fin de vie, la lixiviation de ces déchets entreposés en décharge, conduit à l’émission de contaminants (organiques et métalliques) dont les modes de transport diffèrent largement selon leurs interactions avec les ligands du milieu traversé. L’union européenne souhaite promouvoir à long terme la réduction progressive des rejets de contaminants dans l'environnement et le Ministère de l’Ecologie projette de mettre en place des normes spécifiques limitant les émissions de nanoparticules. Or, à ce jour, peu de données sont disponibles sur les quantités de contaminants potentiellement émis par les déchets et sur leur capacité de transport. En particulier, les contaminants présents sous forme nanoparticulaires, facilement bioassimilables, ont un comportement dynamique mal identifié et donc peu prévisible.La complexité et la variabilité dans la composition des déchets et des nanomatériaux impliquent l'étude d'un large panel d'entre eux ; ainsi, notre travail a porté sur la quantification de l'émission des nanoparticules au cours de leur vieillissement à partir de différents déchets (résidus de boues rouges, boues de station d’épuration, sédiments marins et Mâchefers d'Incinérations d’Ordures Ménagères MIOMs) ainsi que leur transport à travers un milieu poreux.Nous avons identifié les éléments métalliques fortement présents sous forme colloïdale et leur devenir après 1 an et demi de vieillissement. Les tests de transport des nanoparticules, menés par des expériences de percolation en colonne, ont montré que le transport de nanoparticules métalliques a été facilité dans certains cas, dans d’autres, plus classiquement ralenti. Par microscopie Electronique à Balayage, nous avons montré que de nombreux métaux étaient couplés avec des oxydes d'aluminium et de fer ainsi que des substances organiques naturelles de type humiques. / Great variability of nanomaterials wastes are widely produced throughout the world. At the end of their life, the leaching of the wastes stored in landfills, leads to the emission of contaminants (organic and metallic) which modes of transport differ widely according to the interactions they have with ligands present in the medium. The European Union wants to promote long-term gradual reduction of contaminant releases to the environment and the Ministry of Ecology plans to establish specific standards limiting emissions of nanoparticles. But to date, limited data are available on the quantities of contaminants potentially emitted by wastes and their transport capacity. In particular, the contaminants present in nanoparticulate form, easily bioavailable, have a dynamic behavior misidentified and therefore unpredictable.The complexity and variability in the composition of waste and nanomaterials involve the study of a wide range of them; so, our work has focused on quantifying the emission of nanoparticles during their aging from various wastes (red mud residues, sewage sludge, marine sediments and domestic wastes incineration bottom ash MIOMs) and their transport through a porous medium.We identified metallic elements largely present in colloidal form and their fate after 1½ years of aging. Transport tests of nanoparticles led by column percolation experiments have shown that the transport of the metal nanoparticles is facilitated in some cases, in others, more typically slowed down. Scanning Electron Microscopy have shown that many metals were associated with aluminum and iron oxides and natural organic humic-like substances.

Cette étude s'inscrit dans la problématique du comportement à long terme des verres de confinement des déchets nucléaires. La couche d'altération formée lors de l'altération du verre par l'eau, appelée gel, peut limiter les échanges entre le verre et la solution. Les verres étudiés sont du type SiO2-B2O3-Na2O-CaO-ZrO2. Deux séries de verres ont été synthétisées en substituant CaO à Na2O et ZrO2 à SiO2. Les altérations ont montré que le calcium améliore la réticulation du réseau vitreux, aboutissant à une diminution du degré final d'altération et que la présence de Zr limite l'hydrolyse du silicium, conduisant à une diminution des vitesses initiales de dissolution. En revanche, le zirconium a aussi pour effet de retarder la chute de vitesse d'altération et conduit à une augmentation du degré d'altération. Afin d'expliquer cet effet paradoxal, la morphologie des gels a été sondée par diffusion des rayons X aux petits angles. Ces expériences montrent que la réorganisation du réseau poreux du gel au cours de l'altération est limitée par la présence de Zr. La restructuration du gel est donc à l'origine de la forte chute de vitesse d'altération observée dans les verres à faible teneur en ZrO2. De plus, le suivi d'éléments étrangers dans le gel par spectrométrie de masse (TOF-SIMS) et l'expérience de diffusion de neutrons avec variation de contraste ont montré que la porosité se fermait au cours de l'altération dans le verre sans ZrO2, alors qu'elle restait ouverte dans les verres aux fortes teneurs en ZrO2. Ces expériences, couplées avec des simulations de type Monte Carlo, établissent un lien entre les transformations morphologiques du gel et la cinétique d'altération.

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.

D’après les limites d’acceptation pour la mise en décharge des déchets, les REFIOM (Résidus d’Epuration des Fumées d’Incinération d’Ordures Ménagères) sont considérés comme déchets dangereux, car ils libèrent des quantités importantes de chlorures et de métaux lourds lorsqu’ils entrent en contact avec de l’eau. Ces solides doivent par conséquent être traités avant leur mise en décharge. A côté des traitements visant l’acceptabilité des REFIOM en décharge, quelques recherches entrevoient la possibilité de valoriser ces résidus, notamment dans des matériaux cimentaires. Les recherches présentées ici s’inscrivent dans cette tendance nouvelle et visent l’élaboration d’un procédé combinant traitement et valorisation des REFIOM. Les REFIOM représentent en fait différents types de résidus provenant des installations que rencontrent les fumées issues de l’incinération des déchets. La composition des résidus diffère selon leur origine. Il est dès lors apparu essentiel de considérer chaque type de résidu séparément et de poursuivre l’élaboration d’un traitement sur un seul type de REFIOM. Nous avons choisi de concentrer les recherches sur les Cendres Volantes de Chaudière (CVC), ces résidus se retrouvant dans tout incinérateur. Le traitement des CVC est basé sur l’extraction de fractions valorisables et la séparation de fractions contaminées, permettant d’obtenir des résidus acceptables en décharge ou, idéalement eux-mêmes valorisables. Une séparation magnétique permet d’extraire environ 10% en poids des CVC mais ne semble pas exploitable dans le cadre du traitement des CVC car les particules magnétiques contiennent des impuretés (composés non magnétiques) et que le résidu final reste contaminé. Une étude de la répartition des éléments en fonction de la taille des particules (granulochimie) est effectuée sur les CVC. Il apparaît intéressant de séparer la fraction inférieure à 38 µm obtenue lors d’une séparation granulométrique, effectuée en voie humide en utilisant une solution dense. En effet, cette fraction semble être nettement plus contaminée en Pb (soluble) que le reste des CVC. Une telle séparation constitue dès lors la première étape du traitement des CVC. Elle est suivie par des étapes de lavage des fractions obtenues, visant à extraire les sels solubles (chlorures et métaux). Les lavages sont envisagés à contre-courant afin d’utiliser au mieux l’eau de lavage. Une recirculation interne des solutions est également prévue, de sorte que, théoriquement, le procédé ne génère pas d’effluents liquides. Une étape de précipitation de composés métalliques (PbS dans ce cas-ci) est prévue après le lavage des boues. Le procédé de traitement des CVC produirait ainsi des boues et des granulats décontaminés, des sels et des précipités métalliques. Seules certaines étapes du procédé ont été investiguées en laboratoire ; des essais supplémentaires sont encore nécessaires pour optimiser chaque étape, comprendre les phénomènes physico-chimiques qui se produisent et assurer des filières de valorisation. / Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) fly ashes and Air Pollution Control (APC) residues are considered as hazardous waste according to the limits for the acceptance of waste at landfills, because high amounts of chlorides and heavy metals leach from the solids when those are in contact with water. These residues have thus to be treated before they can be accepted in landfill. Several treatments aim to limit the leaching of the residues. Beside these treatments, some research works go further the treatment and consider the valorisation of MSWI fly ashes and APC residues, e.a. in cementitious materials. The present work follows the new trend and aims to build up a process that combines treatment and valorisation of MSWI fly ashes and APC residues. MSWI fly ashes and APC residues come from the devices encountered by the flue gases from waste incineration. The residues composition differs according to their origin. It seems thus essential to consider each type of residues separately and to develop the treatment only on one sort of residue. Boiler Fly Ashes (BFA) were chosen because they exist in every modern MSWI plant. The BFA treatment is based on the extraction of valorisable fractions and on the separation of contaminated fractions, which makes the final residues less hazardous; these final residues would then be acceptable in landfill, or, even better, be valorisable. A magnetic sorting extracts ~10% (wt.) of BFA; however, such a separation would not be useful in a treatment process because the magnetic particles contain some impurities (non magnetic particles) and the final residue is still hazardous. The repartition of the elements according to the particles size has been studied on BFA. It seems interesting to separate the BFA at 38 µm by a wet sieving process using a dense solution. The lower fraction presents a higher contamination in Pb (soluble) than the larger. Consequently, the first step of the BFA treatment consists of a wet sieving. Washing steps follow the sieving and aim to extract soluble salts (chlorides, heavy metals). These washings work in a counter-current way to optimise the use of water. The solutions are recycled in the process, which implies the absence of liquid effluents. A precipitation step of some metallic compounds (PbS in this case) is foreseen after the washing of the lower fraction. The BFA treatment process would produce decontaminated sludge and coarse fractions, salts and metallic compounds. Some steps of the process have been investigated at lab-scale; further studies are necessary to optimise each step, to understand the observed reactions and to guarantee valorisation channels.

Le développement continu d'outils pour mesurer le développement durable a conduit à la théorie éMergétique. L'éMergie d'une ressource ou d'un produit est définie en convertissant toutes les ressources (matières premières) et les entrées d'énergie sous la forme de leurs équivalents énergétiques solaires (solar energy unit seJ), cf Odum (1996, 2000). L'objectif principal de cette thèse est d'adapter la méthode d'analyse éMergétique aux pratiques de recyclage industriel. La principale contribution scientifique de cette étude peut être résumée comme suit: contribution à la théorie éMergétique en temps discret appliquée au recyclage. Sous certaine hypothèses, l'émergie d'un produit recyclé peut être exprimée sous la forme d'une série géométrique. L'éMergétique d'un produit se détériorant, il existe un prix éMergétique au recyclage et une analogie avec l'énoncé de Carnot peut être faite. En conséquence, un nouveau "facteur" est introduit, ce dernier peut être inclus dans les tables d'évaluation éMergétique, pour tenir compte des accroissements de transformité dû aux recyclages multiples. Enfin, l'approche développée est appliquée avec succès à l'utilisation de matériaux de recycle dans un bâtiment basse énergie.

La valorisation du biogaz est une technologie permettant de recueillir et de traiter le biogaz issu des déchets organiques fermentescibles en vue de produire de l'énergie tout en préservant l'environnement grâce à la réduction des émissions de gaz à fort effet de serre tel que le méthane, l'élimination des odeurs et des risques d'explosion. Une des méthodes de la valorisation du biogaz est la production d'électricité dans des groupes électrogènes constitués des moteurs à biogaz couplés à des génératrices électriques. Pour une efficacité optimale de cette valorisation, il est très important que la production du biogaz et sa composition soient stables. Cependant, il y a beaucoup de facteurs qui influent sur la variation de la concentration de composants du biogaz, en particulier les paramètres météorologiques et les méthodes d'enfouissement. L'ensemble de ce travail a permis une étude à trois niveaux (à court terme, à moyen terme et d'un point de vue global) de la dynamique des processus de production et de comportement du biogaz sur des Centres de Stockage des déchets ménagers en fonction de différents paramètres extérieurs (météorologiques, d'exploitation).

L'aménagement forestier écosystémique (AFE) est perçu comme une alternative plus favorable pour l'environnement que la sylviculture traditionnelle dans les forêts d'Amérique du Nord et ailleurs. Les études précédentes en forêt boréale de l'est du Canada démontrent la capacité de l'AFE à émuler les caractères structuraux des peuplements dans plusieurs stades de succession; mais l'impact de l'AFE sur la biodiversité, particulièrement sur les organismes cryptiques comme les insectes et les autres composantes sensibles de l'écosystème n'a pas bien été étudié. Les coléoptères terrestres « carabes » ont des associations fortes quant au type de couvert de la forêt, aux conditions de microhabitats et aux structures du terrain. Ils constituent donc de bons indicateurs de changements au niveau de l'écosystème et des effets de l'AFE. Dans cette étude, nous utilisons la réponse des communautés de carabes pour tester quatre traitements sylvicoles inspirés par l'AEF sur l'abondance et diversité des coléoptères en relation aux stades de succession (peupler faux-tremble, mixte, ou conifère) et feu naturel. L'étude a été réalisée sur le site SAFE (sylviculture et aménagement forestier écosystémique) dans le sud-ouest de la forêt boréale du Québec. L'expérience vise à comparer une série de méthodes sylvicoles alternatives à la sylviculture commerciale et des forêts témoins à évaluer leur capacité à maintenir la biodiversité, la structure de la forêt et les fonctions de l'écosystème. Nous avons récolté 14 153 carabes représentant 49 espèces pendant les étés 2004 à 2007. L'analyse multivariée de la composition des communautés de carabes a démontré des différences entre les stades de succession et les différents types de traitements. Nous avons trouvé des assemblages distincts de carabes associés 1) aux coupes-totales dans chaque peuplement, 2) aux brûlés prescrits, 3) au feu naturel, et 4) entre les peuplements de grande rétention et les témoins non-coupés. La distribution spatiale des coupes partielles (dispersée ou trouée) et le niveau de rétention sont les facteurs importants qui déterminent les assemblages dans les forêts mixtes et décidues. Bien que les résultats préliminaires supportent le type d'aménagement « par cohortes » utilisé par SAFE, des suivis à long terme seront nécessaires afin de déterminer les effets de l'aménagement sur les assemblages de carabes. Les différences entre les assemblages de carabes trouvés dans les coupes-totales, les brûlés prescrits et le feu naturel suggèrent qu'il est encore nécessaire d'améliorer les méthodes sylvicoles utilisées pour imiter le feu naturel, tel que prescrit par l'AEF. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sylviculture, Perturbation naturelle, Biodiversité, Coléoptères terrestres, Débris ligneux.

Dans un monde caractérisé par une consommation de plus en plus importante, la gestion des produits en fin de vie devient une problématique importante pour nos entreprises et pour la société en général. Par leur nature, les ordinateurs acheminés aux sites d'enfouissement sont très polluants et représentent une menace réelle pour notre santé et la qualité de nos nappes phréatiques. On se doit donc de dévier le flux d'appareil en fin d'utilisation vers d'autres options de valorisation. Au Québec, le réseau ainsi que la gestion des opérations de revalorisation d'ordinateurs en fin de vie n'a pas fait l'objet de recherche. Puisque la tendance mondiale est à la conscientisation environnementale et que de nombreuses actions sont posées dans ce sens, il devient important de bien comprendre l'organisation actuelle du réseau. Dix-huit entreprises québécoises ayant un rôle important à jouer dans le processus de revalorisation des ordinateurs en fin d'utilisation ont été impliquées dans cette étude. Cette dernière vise à établir le portrait de l'industrie actuelle au Québec. De plus, cette étude précise les processus opérationnels et les difficultés de gestion rencontrées par les joueurs. Cette recherche dévoile aussi les différentes stratégies ou moyens utilisés par les gestionnaires pour contrer l'incertitude présente dans cette industrie.

La thèse vise à identifier, développer et tester des matériaux isolants à partir de déchets textiles, le rôle de l'isolation thermique des tuyaux. Visant à accroître la performance énergétique de chauffage et avec un impact environnemental réduit. Etude théorique était d'identifier les propriétés matériau d'isolation thermique, la classification sur le marché utilisé dans l'isolation thermique des méthodes de test national et international. Pour tester les propriétes thermiques ont été menées deux installations de laboratoire. Dans un premier temps l'installation, afin de déterminer la conductivité thermique, le flux thermique de la chaleur est produite par une résistance électrique. Ont été réalisés et testés structurellement différents des matériaux de densité (coton, la laine et le tissu non tissé) de la température maximale de 90C dans la canalisation. Le rôle de ces essais était de déterminer la densité et le comportement optimal à des températures différentes. Une deuxième installation est effectuée sur un cas réel (une tuyauterie isolée thermique avec a) la flux thermique de la chaleur est générée par le fluide (de l'eau). Un conducteur testé dans trois situations : tuyaux non isolés, tuyau isolé et le tuyau PUR isolé non tissé. Tous les tests étaient en faveur de la non tissé. L'analyse statistique a montré que la température et la densité sont des facteurs importants qui influent sur la conductibilité thermique des tissus. / The thesis aims at identifying, developing and testing of insulation materials from waste textiles, the role in thermal insulation of pipes. Aiming at increasing the energy performance of heating and with a reduced environmental impact. Theoretical study was to identify thermal insulating material properties, classification on the market used in thermal insulation of national and international and the testing methods. To test the thermal properties were conducted two laboratory facilities. At first installation, to determine the thermal conductivity, the thermal flow of heat flux is generated by electrical resistance. Were made and tested structurally different density materials (cotton, wool and non-woven fabric) with maximum temperature of 90C in the pipeline. The role of these tests was to identify the optimum density and behavior at different temperatures. A second installation is performed on a real case (an installation with a thermal insulated pipe) the thermal flow of heat is generated by the fluid (water). A conductive tested in three situations: non-insulated pipes, insulated pipe and pipe PUR insulated non-woven fabric. All tests were in favor of non-woven fabric. The statistical analysis showed that the temperature and density are significant factors that influence the thermal conductivity of fabrics.