Les crises liées à la dégradation de l'environnement et à la diminution des ressources naturelles renforcent la nécessité de prolonger la durée de vie de tout matériau résiduel ou sous-produit indésirable dans les systèmes de production et de consommation. Dans ce contexte, l'idée de développer de nouveaux catalyseurs en utilisant des déchets solides industriels est un sujet émergent, qui s'inscrit bien dans le concept de développement durable. D'autre part, en raison des progrès rapides de la technologie, de l'industrie et de l'information, l'offre en énergie sera difficilement capable de répondre à la demande mondiale croissante. L'importance de fournir cette énergie de manière durable afin de rencontrer les objectifs des efforts mondiaux de lutte contre les changements climatiques a renforcé l'intérêt pour le développement de biocarburants hydrocarbonés renouvelables tels que le biodiesel. Au cours des dernières décennies, avec la croissance de la production de biodiesel, le monde a été confronté à un excédent de glycérol comme sous-produit résiduel provenant du processus de production commun de transestérification. Afin de réduire l'impact environnemental négatif de cet excédent de glycérol et d'accroître la rentabilité de l'industrie du biodiesel, ce déchet devrait être impliqué dans une économie circulaire environnementale et durable. De récentes recherches ont démontré qu'il existe un grand potentiel pour l'utilisation du glycérol résiduel du biodiesel dans le secteur des énergies renouvelables. Il est possible d'y parvenir par divers procédés, notamment la gazéification, la pyrolyse, la combustion, la liquéfaction et le reformage à la vapeur. Parmi ceux-ci, le reformage à la vapeur est considéré comme l'une des méthodes les plus prometteuses pour convertir le glycérol en hydrogène (en tant que vecteur d'énergie verte et matière première essentielle dans les raffineries et les industries chimiques), car sa mise à l'échelle industrielle ne nécessiterait pas de modifications importantes des infrastructures de reformage du gaz naturel existantes. Compte tenu de l'importance de ces enjeux, cette thèse se penche sur le développement de nouveaux catalyseurs par la valorisation d'un résidu solide métallurgique (UGSO) pour la production d'hydrogène (syngas) via le reformage à la vapeur de glycérol (GSR). Plus précisément, les trois principaux objectifs de cette étude sont les suivants: (i) l'étude du potentiel de l'UGSO comme support/promoteur pour catalyseurs à base de Ni (Ni-UGSO), (ii) l'analyse approfondie de l'effet des paramètres de synthèse du catalyseur (charge de métal actif et méthode de préparation) sur les propriétés physico-chimiques et la performance du catalyseur, ainsi que l'étude de l'effet de la température de réaction en examinant le rôle des principales réactions secondaires dans le réseau réactionnel du procédé reformage (y compris les réactions de water-gas shift (WGS), de Boudouard, de méthanisation du CO et du CO₂, et la réaction inverse de WGS), et (iii) la comparaison des caractéristiques structurelles et de la performance catalytique du Ni-UGSO avec celles des catalyseurs à base de métaux nobles(Ru-UGSO et Rh-UGSO) reconnus comme hautement efficaces dans les procédés de reformage à la vapeur. (i) Le catalyseur préparé par l'incorporation de 12,5 % massique de Ni dans l'UGSO a été évalué pour l'application dans le procédé de GSR dans des conditions opératoires spécifiques suggérées comme optimales par l'analyse thermodynamique (T=580 °C, P=1 bar, et S/C=3). En comparant avec un catalyseur commercial de reformage à la vapeur à base de Ni, les résultats furent prometteurs, notamment en termes de formation de coke. Les principales propriétés intéressantes du catalyseur Ni-UGSO ont été suggérées comme étant : (i) la dispersion et l'ancrage des particules de Ni par la formation d'oxydes mixtes nickel-fer ainsi que nickel-magnésium, (ii) l'absence de phases métalliques libres par la formation d'alliages Ni-Fe après un prétraitement de réduction, et (iii) le caractère basique de l'UGSO dû à la présence d'oxydes tels que MgO, CaO, K₂O et MnO, qui pourrait favoriser l'adsorption dissociative de l'eau et la réaction de WGS. Ces résultats ont prouvé la capacité de l'UGSO promu par le Ni à agir comme un puissant catalyseur dans le procédé de GSR. (ii) Les résultats d'une étude détaillée sur les effets des paramètres de synthèse sur la performance du catalyseur Ni-UGSO ont révélé que la meilleure performance catalytique GSR a été obtenue en incorporant 5 % massique de Ni par la méthode d'imprégnation à l'état solide (SSI-5%Ni-UGSO), où des oxydes mixtes nickel-fer avec un rapport Ni/Fe optimal (comme NiFe₂O₄) et des oxydes mixtes nickel-magnésium riches en Mg (comme 3MgO.NiO) ont été formés. La performance supérieure du catalyseur SSI-5%Ni-UGSO optimisé est principalement due à (i) l'effet synergique entre le Ni et les espèces d'oxyde de fer partiellement réduites sur les sites actifs Ni-Fe[indice x]O[indice y] (plutôt que les alliages métalliques Ni et/ou NiFe) où le glycérol est activé sur les espèces Ni et les atomes d'oxygène sont fournis à l'intermédiaire carboné à partir du Fe[indice x]O[indice y] voisin, et (ii) aux propriétés fondamentales du MgO en contact étroit avec le Ni, qui favorise la dissociation de l'eau en groupes hydroxyle et aide à gazéifier les précurseurs de coke déposés sur la surface du catalyseur. Pour des températures supérieures à 580 °C, des conversions presque complètes du glycérol en produits gazeux ont été obtenues avec le catalyseur SSI-5%Ni-UGSO dans les conditions opératoires choisies (S/C=3, FI=1.1, GHSV=10,966 cm³ (STP) gcat⁻¹ h⁻¹). Un rendement en H₂ plus élevé (80.7 %) et une très faible formation de coke (0.59 mg[indice coke] h⁻¹(m²/g[indice cat])⁻¹) sont des avantages de l'opération à 580 °C en favorisant la réaction WGS, tandis que l'augmentation de la température à 730 °C permet de supprimer presque entièrement la formation de coke (0.18 mg[indice coke] h⁻¹(m²/g[indice cat])⁻¹) principalement en limitant la réaction de Boudouard, avec l'inconvénient d'un rendement en hydrogène plus faible (59.4 %). (iii) Les résultats d'une étude exhaustive sur la performance des catalyseurs UGSO promus au M (M= 1%Ru, 1%Rh, 5%Ni) ont révélé que la tendance du métal incorporé à interagir avec les oxydes contenant du Mg/Fe déjà existants dans l'UGSO joue un rôle crucial (i) dans la disponibilité de surface du métal correspondant, (ii) les changements structurels après réduction et (iii) la stabilité du catalyseur. En plus d'offrir une meilleure stabilité, le catalyseur 5% Ni-UGSO a montré une performance (conversion du glycérol en produits gazeux de 100% et rendement en H₂ de 74%) comparable à celle de 1% Rh-UGSO (100% et 78%, respectivement) ou même dépassant celle de 1% Ru-UGSO (94% et 71%, respectivement), en tant que catalyseurs à base de métaux nobles. Une coopération synergique entre les métaux incorporés (M) et les espèces contenant du Fe/Mg au sein de l'UGSO a permis d'améliorer l'activation du glycérol et de l'eau. Les résultats plus faibles observés pour Ru-UGSO pourraient s'expliquer par un manque de propension à l'interaction MgO-RuO₂ sur la surface de l'UGSO. Compte tenu du prix nettement inférieur du Ni par rapport au Rh (1/5526 du prix moyen du Rh en 2018), un rendement en hydrogène légèrement supérieur (78 contre 74 %) et une différence insignifiante dans la formation de coke (0 contre 0,01 g[indice coke] h⁻¹ gcat⁻¹) ne justifient pas économiquement l'utilisation du catalyseur 1 % Rh-UGSO à la place de 5 % Ni-UGSO. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse prouvent la capacité de l'UGSO comme support/promoteur prometteur dans la formulation de catalyseurs actifs, sélectifs, stables et rentables pour la production d'hydrogène via le procédé de GSR, spécialement en raison de(i) la présence d'oxydes (principalement des oxydes de magnésium et de fer) reconnus pour leur capacité à éviter la formation de carbone (la principale cause de désactivation du catalyseur dans le reformage à la vapeur des hydrocarbures oxygénés) et (ii) sa structure cristalline de type spinelle avec des cations métalliques échangeables distribués de manière homogène, qui peut fournir une bonne matrice pour la dispersion de métaux actifs conduisant à une coopération synergique entre les particules de métaux actifs incorporées (en particulier le Ni, très accessible et bon marché) et les autres constituants déjà présents dans l'UGSO. De telles approches, dans lesquelles les déchets industriels issus de divers procédés sont utilisés ensemble pour des applications environnementales, sont non seulement cohérentes avec les concepts d'écologie industrielle et de développement durable, mais sont également classées comme le niveau le plus sophistiqué de valorisation des déchets. / The crises related to the environmental degradation and shrinking natural resources reinforces the necessity of extending the life of any residual material or unwanted by-product in the production and consumption systems. In this context, the idea of developing new catalysts using industrial solid wastes is an emerging topic, which aligns well with the concept of sustainable development. On the other hand, due to the rapid technological, industrial, and informational advancements, the energy supply will not be able to keep up with the growing demand. The importance of supplying this energy in a sustainable manner in order to meet the goals of global efforts to combat climate change has heightened interest in the development of renewable hydrocarbon biofuels such as biodiesel. Over the last few decades, with the growth in biodiesel production, the world has faced a surplus of glycerol as a waste by-product of its common production process through transesterification. To reduce the negative environmental impact of this excess glycerol and to make the biodiesel industry profitable, this waste should contribute to a sustainable environmental circular economy. Recent research has indicated that there is a great potential for the use of biodiesel waste glycerol in the renewable energy sector. This can be achieved through a variety of processes including gasification, pyrolysis, combustion, liquefaction, and steam reforming. Among them, catalytic steam reforming is considered as one of the most promising methods for converting glycerol into hydrogen (as a green energy carrier and a critical feedstock in refineries and chemical industries), since its industrial scale-up would not necessitate significant changes to existing natural gas reforming infrastructure. Given the importance of these issues, this thesis focuses on the development of new catalysts through valorization of a metallurgical solid residue (UGSO) for hydrogen (syngas) production via steam reforming of biodiesel waste glycerol (GSR). More specifically, the three main objectives of our work include:(i) investigating the potential of UGSO as a support/promoter for Ni-based catalysts, (ii) performing a thorough investigation on the effect of catalyst synthesis parameters (active metal loading and catalyst preparation method) on both physicochemical properties and catalyst performance, as well as studying the effect of operating temperature by examining the role of the main side reactions in the reaction network (including water gas shift (WGS), Boudouard, CO and CO₂ methanation, and reverse WGS reactions), and finally (iii) comparing the structural characteristic and catalytic performance of the optimized Ni-UGSO with noble metal based catalysts (Ru-UGSO and Rh-UGSO) with well-known high efficiency for steam reforming process. (i) The catalyst prepared by the incorporation of 12.5 wt % Ni into UGSO was evaluated for application in GSR process at specific operating conditions suggested as optimum by thermodynamic analysis (T=580 °C, P=1 bar, and S/C=3). By comparing with a Ni-based commercial steam reforming catalyst, the results were very promising especially in terms of coke formation. The main reasons for the interesting properties of Ni-UGSO catalyst were suggested to be: (i) the dispersion and anchoring of Ni particles by formation of nickel-iron as well as nickel-magnesium mixed oxides, (ii) the lack of free metallic phases through the formation of Ni-Fe alloys after reduction pre-treatment, and (iii) the basic characteristic of UGSO due to the presence of oxides such as MgO, CaO, K₂O and MnO, which could promote dissociative adsorption of water and boost WGS reaction. These results proved the capability of Ni promoted UGSO to act as a powerful GSR catalyst. (ii) The results of a detailed study on the effects of synthesis parameters on the performance of Ni-UGSO catalyst revealed that the best GSR performance was achieved by incorporating 5 wt % Ni via solid-state impregnation method (SSI-5%Ni-UGSO), where nickel-iron mixed oxides with an optimum Ni/Fe ratio (such as NiFe₂O₄) and Mg-rich nickel-magnesium mixed oxides (such as 3MgO.NiO) were formed. The superior performance of the optimized SSI-5%Ni-UGSO catalyst is mainly due to (i) the synergic effect between Ni and partially reduced iron oxide species on the Ni-Fe[indice x]O[indice y] active sites (rather than metallic Ni and/or NiFe alloys) where glycerol is activated on the Ni species and the oxygen atoms are provided to the carbonaceous intermediate from the neighboring Fe[indice x]O[indice y], and (ii) the basic properties of MgO in close contact with Ni, which promotes the dissociation of water into hydroxyl groups and helps to gasify the coke precursors deposited on the catalyst surface. For temperatures above 580 °C, almost complete glycerol conversions to gaseous products were obtained over SSI-5%Ni-UGSO catalyst in the selected operating conditions (S/C=3, FI=1.1, GHSV=10,966 cm³ (STP) gcat⁻¹ h⁻¹). Higher H₂ yield (80.7%) and very low coke formation (0.59 mg[indice coke] h⁻¹(m²/g[indice cat)⁻¹) are the advantages of working at 580 °C by favoring the WGS reaction, whereas increasing temperature to 730 °C allows to almost suppress coke formation (0.18 mg[indice coke] h⁻¹(m²/g[indice cat])⁻¹) mainly by limiting the Boudouard reaction, with the drawback of a lower hydrogen yield (59.4%). (iii) The results of a comprehensive study on the performance of M-promoted (M=1%Ru, 1%Rh, 5%Ni) UGSO catalysts (M-UGSO) for GSR process revealed that the tendency of incorporated metal to interact with Mg/Fe containing oxides already exist in UGSO, plays a crucial role in the surface availability of the corresponding metal, structural changes after reduction, and catalyst stability. Aside its best stability, 5% Ni-UGSO showed a performance (glycerol conversion to gaseous products of 100% and H₂ yield of 74%) comparable with 1% Rh-UGSO (100% and 78%, respectively) or even surpassing that of 1% Ru-UGSO (94% and 71%, respectively), as noble metal-based catalysts. Synergistic cooperation was achieved by incorporated metals(M) and Fe/Mg containing species within UGSO, resulting in enhanced glycerol and water activation. The weakest results of Ru-UGSO could be explained by a lack of proclivity for MgO-RuO₂ interaction on UGSO surface. Regarding the significantly lower price of Ni compared to Rh (1/5526 of the average price of Rh in 2018), as lightly higher hydrogen yield (78 vs. 74%) and trivial difference in coke formation (0 vs. 0.01 g[indice coke] h⁻¹ g[indice cat]⁻¹) does not economically justify the use of 1% Rh-UGSO instead of the affordable 5% Ni-UGSO. In conclusion, the results presented in this thesis proved the capability of UGSO as a promising support/promoter in the formulation of active, selective, stable, and cost-effective catalysts for hydrogen production via GSR process, owing to (i) the presence of oxides (mainly magnesium and iron oxides) recognized for their ability to avoid carbon formation(the main cause of catalyst deactivation in the steam reforming of oxygenated hydrocarbons), and (ii) the spinel crystalline structure with homogeneously distributed exchangeable metal cations that can provide a good pattern for active metal dispersion, leading to a synergic cooperation between the incorporated active metal particles (especially Ni with high availability and low price) and the other constituents of UGSO. Such approaches, in which industrial wastes from various processes are used together for environmental applications, are not only consistent with the concepts of industrial ecology and sustainable development but are also classified as the most sophisticated level of waste valorization.

L'objectif de cette étude doctorale était de mieux comprendre le comportement d'un ajout cimentaire alternatif à haute teneur en alcalis comme le verre broyé (VB) face au phénomène de la réaction alcalis-silice (RAS). Ainsi, des systèmes cimentaires binaires et ternaires composés de ciments de différentes teneurs en alcalis (0.63 à 1.25% Na₂Oeq), de VB (10 - 30%) et d'un des ajouts cimentaires suivants : fumée de silice (FS) (5 - 10%), métakaolin (MK) (5 - 15%), cendre volante (CV) (15 - 30%) ou laitier de hauts fourneaux (LHF) (20 - 40%), ont été utilisés pour la fabrication de prismes de béton et de pâtes cimentaires. Les prismes de béton incorporant un calcaire hautement réactif (Spratt) ont été conditionnés à 38°C avec une H.R.>95% et leur changement dimensionnel suivi pour une période de deux ans. Les échantillons de pâtes cimentaires ont été, quant à eux, conservés dans des contenants hermétiques à 38°C et leur solution interstitielle extraite sous pression et analysée après 28 et 182 jours de conditionnement pour en déterminer la concentration en Na⁺ et K⁺. Contrairement à ce qui est attendu en fonction des connaissances actuelles, les résultats des analyses chimiques indiquent que le sodium du VB n'est pas relâché dans la solution interstitielle en proportion de son contenu original (>13% Na₂O), du moins pour les systèmes ternaires étudiés. L'ajout de VB réduit la [K⁺] de manière plus importante que ne le ferait une simple dilution du ciment, alors que la [OH⁻] est modestement influencée par l'ajout de VB. L'expansion des éprouvettes fabriquées à partir des mélanges ternaires étudiés n'est pas fonction du pourcentage de VB dans le système; d'ailleurs, de nombreux mélanges se trouvent de part et d'autre de la limite de 0.040% de deux ans préconisée par la Pratique Normalisée CSA A23.2-28A. La nature et la proportion de FS/MK/CV/LHF a un impact plus important que la quantité de VB. L'ajout de NaOH au mélange, tel que recommandé pour fins d'accélération lors des essais réalisés en laboratoire, semble réduire l'expansion de nombreux mélanges ternaires incorporant du VB. / The aim of this Ph.D. project was to deepen the understanding of the behaviour of a high-alkali Supplementary Cementitious Material (SCM) like Ground Glass (GG) on Alkali-Silica Reaction (ASR). Thus, binary and ternary cementitious systems made of 1) cements of different alkali contents (0.63 to 1.25% Na₂Oeq) 2); GG (10 - 30%) and 3) one of the following supplementary cementitious materials: Silica Fume (SF) (5 - 10%), Metakaolin (MK) (5 - 15%), Fly Ash (FA) (15 - 30%) or Blast Furnace Slag (BFS) (20 - 40%), were used to manufacture concrete prisms and cement pastes. Concrete prisms incorporating a highly reactive limestone (Spratt) were stored at 38°C with a R.H.>95% and their dimensional change monitored for a period of two years. Cement paste samples were stored at 38°C in sealed containers and their pore solution was extracted under pressure and analyzed for their concentration of Na⁺ and K⁺ (28 and 182 days). To the contrary of the expectations based on actual knowledge, the results of the chemical analysis suggest that the sodium of the GG is not released into the pore solution proportionally to its original content (13% Na₂O), at least for the cementitious systems studied. The addition of GG reduces the [K⁺] more significantly than would do a simple cement dilution, while the [OH⁻] is modestly influenced by the addition of GG in the system. The expansion of the prisms cast from the ternary mixtures studied is not a function of the percentage of GG in the system and many expansion results of mixtures are found on either side of the 0.040% two-year limit proposed by CSA Standard Practice A23.2-28A. The nature and proportion of FS/MK/CV/LHF in the system is more significant that the GG content. The addition of NaOH to the mixture, as recommended for acceleration purposes in laboratory tests, appears to reduce the expansion of many ternary mixtures incorporating GG.

L’hydrolyse de la fraction organique des matières résiduelles municipales (FOMRM) est une approche peu étudiée comme alternative au tri mécanique des traitements mécano-biologiques (TMB) appliqués aux matières résiduelles municipales (MRM) issues de la collecte à deux voies. L’objectif est d’étudier ce tri biologique pour extraire la FOMRM en un lixiviat riche en acides organiques et valorisable par biométhanisation. Les MRM sont représentées par une matrice artificielle composée de résidus de fruits et légumes et d’inertes. L’impact de plusieurs traitements (immersion, recirculation du lixiviat, pré-compostage, prétraitement thermique), seuls ou combinés, sur les performances de tri et le potentiel de biométhanisation (PBM) est étudié. Comparativement à une dégradation passive, l’immersion et le pré-compostage augmentent respectivement : 1) le tri de 1 à 5%, séparant 65% de la FOMRM en près d’une semaine (2.5 fois plus rapidement), et 2) le PBM de 10 à 65%, pouvant générer de 10 à 33 Nm³ CH₄/tonne STV.

Les stratégies d'amélioration de la résilience des territoires à risque ont pris une place prépondérante dans les politiques de gestion des inondations. Raisonner en terme de résilience, c'est-à-dire de capacité pour un système à se maintenir et à retrouver un fonctionnement acceptable après la catastrophe, permet de penser différemment et d'anticiper la longue période qui suit un événement catastrophique. Le rôle du service de gestion des déchets dans la résilience des territoires urbains a été peu étudié. Or, lors d'une inondation, l'eau dégrade tout ce qu'elle touche, générant par là même des déchets en quantité très importante. Infrastructures bloquées, réintégration dans les habitations et les entreprises retardée, atteintes à la santé et à l'environnement, impacts psychologiques sont autant d'exemples des conséquences de la présence de ces amas de déchets sur le territoire. Loin d'être anecdotique, la gestion de ces déchets est donc un enjeu de la post inondation. Le maintien d'un service de gestion des déchets est donc stratégique pour la résilience des territoires face aux catastrophes. Il est donc nécessaire de travailler à sa résilience. Pour cela, cette thèse propose une démarche permettant de diagnostiquer la résilience d'un service de gestion des déchets qui se base sur trois leviers d'actions :1) analyse de la capacité du service à connaître les sollicitations du système urbain en matière de gestion des déchets qui s'appuie sur la construction d'une méthode d'estimation et de caractérisation du gisement potentiel de déchets post inondation ; 2) analyse de la capacité du service à maintenir un fonctionnement acceptable pour le système urbain qui s'appuie sur l'utilisation de méthodes de diagnostic de la vulnérabilité et d'analyse de la sûreté de fonctionnement ; 3) analyse de la capacité du service à solliciter un territoire plus vaste pour parer à ses défaillances. Cette démarche de diagnostic a été mise en pratique sur un territoire d'étude

Ce mémoire propose, dans le cadre d'un travail exploratoire sur la récupération de nourriture, une analyse qualitative des significations auxquelles se rattache l'action des glaneurs du marché Jean-Talon, un marché public situé dans le secteur centre-nord de la ville de Montréal. Afin de documenter la pratique de la récupération alimentaire, un phénomène social méconnu sur le plan sociologique et perçu plutôt négativement, des observations et des entretiens ont été réalisés auprès de commerçantes et de commerçants ainsi qu'auprès de glaneuses et glaneurs à l'automne 2009 et au printemps 2010. Nous avons mené notre travail avec l'objectif de comprendre comment celles et ceux qui récupèrent de la nourriture perçoivent leur pratique, la décrivent et l'expliquent. Questionnés sur le quand, les glaneuses et glaneurs ont été invités à décrire la fréquence de leurs activités de récupération, l'heure à laquelle elles et ils récupèrent, ainsi que l'ancienneté de leur pratique. Les répondantes et répondants ont également été invités à décrire le comment, c'est-à-dire à parler des aliments qu'elles et ils récupèrent, du transport de leurs denrées jusqu'à leur maison ainsi que de l'utilisation qu'elles et ils font de leurs denrées. Le qui a également été abordé afin de déterminer si les glaneuses et glaneurs récupèrent seuls ou en groupe et pour identifier les destinataires de leurs denrées. Enfin, le pourquoi a été abordé afin d'explorer les motivations des glaneuses et glaneurs, le parcours qui les a amenés à récupérer de la nourriture au marché Jean-Talon ainsi que les autres stratégies qu'elles et ils déploient pour obtenir des denrées alimentaires. L'analyse des témoignages des répondantes et répondants permet de distinguer deux grandes catégories de glaneuses et glaneurs pour qui l'expérience prend forme de manière très différente : celles et ceux aux prises avec une situation précaire et celles et ceux qui ne le sont pas. Chez la première catégorie, la récupération alimentaire figure au rang des stratégies de débrouille déployées pour assurer un approvisionnement alimentaire. Elle s'accompagne alors de l'expérience de la déqualification où s'entremêlent un vécu de pauvreté, le secret ainsi que les sentiments de honte et d'échec. À l'opposé, chez la seconde catégorie de glaneuses et glaneurs, l'expérience se rattache à un désir d'engagement et contribue à renforcer des sentiments d'accomplissement et de fierté. Le cadre d'analyse privilégié permet de poser le phénomène à la frontière de la sociologie de la déviance et de la sociologie de l'engagement. Il porte une attention particulière aux significations liées au contexte historique et social dans lequel s'inscrivent l'action de récupération ainsi que les aliments qui sont récupérés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : récupération, déchets, rejets alimentaires, glaneurs, débrouille, honte, survie, déviance, engagement.

Les piles à combustible microbiennes (PACM) permettent la production directe d'électricité par l'oxydation de matière organique ; à l'anode les combustibles organiques sont oxydés grâce à des microorganismes adhérés qui jouent le rôle d'électro-catalyseurs. Utiliser comme combustible la matière organique issue d'effluents ou de déchets des industries agro-alimentaires présente un double bénéfice : la réduction de l'impact environnemental et la génération d'énergie. Le travail réalisé dans le cadre de la thèse comporte trois volets : tout d'abord l'évaluation des combustibles et des sources d'inoculum en termes de capacités électro-catalytiques, ensuite la recherche de conditions opératoires favorisant la génération de courant simultanément à la biodépollution. Ces deux objectifs ont été abordés en conditions électrochimiques bien contrôlées (montages à trois électrodes, contrôle potentiostatique). Le troisième volet a porté sur la validation de ces conditions en configuration de PACM. Trois résidus issus d'industries agro-alimentaires ont été testés comme combustible : des jus de pomme fermentés, des lies du vin et des déchets de laiterie, et deux environnements comme source de micro-organismes électro-actifs : des boues anaérobies et des lixiviats de terreau de jardin. Les études en cellule électrochimique ont révélé les lixiviats de terreau comme la meilleure source de biocatalyseur et les résidus de laiterie comme le meilleur combustible. En conséquence l'amélioration du procédé a été effectuée principalement sur le couple lixiviats de terreau - résidus laitiers. Une acclimatation préliminaire de la microflore des lixiviats de terreau aux déchets de laiterie s'est révélée inutile. Des concentrations élevées des déchets de laiterie ont eu un effet négatif sur la génération de courant, bien qu'une réduction de 90% en demande chimique en oxygène (DCO) ait été atteinte. Le prétraitement de la surface de l'anode par l'adsorption du substrat a permis une augmentation du courant d'un facteur 10 par rapport à une anode non prétraitée. Les tests de températures comprises entre 10°C et 60°C suggèrent l'existence d'une large diversité de microorganismes électro-actifs. Une densité de courant de 1655 mA/m² a été atteinte à 40°C à un potentiel imposé de +0,1V/ECS sur une anode en feutre de graphite prétraitée. Différentes combinaisons « source de biocatalyseur - combustible » ont été évaluées en utilisant une PACM composée de deux compartiments séparés par une membrane échangeuse de protons et équipée d'une anode en feutre de graphite. Les meilleures performances ont été obtenues avec le lixiviat de terreau comme source de micro-organismes électro-actifs et les déchets laitiers comme combustible (92 mW/m2, 636 mA/m2). Ces résultats confirment les résultats obtenus en cellule électrochimique et se situent parmi les meilleurs dans le cadre du développement émergent des PACM pour l'exploitation de déchets bruts. / In the microbial fuel cells (MFC) electricity is produced by the oxidation of organic matter. At the anode the fuel is oxidized by the microorganisms attached to it, they act as catalyst. The use of food and agricultural industry wastes carry out to a double benefit: waste treatment and energy generation. In the present work three aspects are presented: Initially fuels and inoculum sources are evaluated in terms of their electro catalytic activity, thereafter operational parameters are studied to enhance electricity production and waste treatment. These studies are achieved in three electrodes electrochemical cells under potentiostatic control. In the last part, the materials and operational conditions selected are tested in MFC. Three wastes were tested as fuel to MFC: fermented apple juice, wine lees and dairy wastes, with two electroactive inocula: anaerobic sludge and garden compost leachate. The results in electrochemical cells indicated compost leachate and dairy wastes as the best inoculum and fuel respectively. Consequently, most of subsequent experiments were achieved with these materials. Preliminary acclimation procedure of compost leachate microbial flora to dairy wastes fuel proved not to be useful. High concentration of dairy wastes was detrimental to current generation; however the COD removal was 90%. Pre-treatment of electrode by pre-adsorbing dairy waste led to a 10-fold increase in the current density. Results from temperature test (10°C to 60°C) suggest a large diversity of electrochemically active microorganisms coming from compost. A current density of 1655 mA/m² was reached at 40°C with a pre-treated graphite felt anode under polarization at +0,1V vs. ECS. Different mixtures composed by “biocatalyst-combustible” were evaluated in a two chamber membrane microbial fuel cell, with graphite felt anode. The best performance was obtained with compost leachate as biocatalyst and dairy wastes as fuel (92 mW/m² at 636 mA/m² by polarization curve). These results confirmed those obtained in electrochemical cells and they are in the high range of performances reached with this new technology using raw materials.

L'objectif de cette étude est d'identifier les difficultés qui font que la gestion des déchets solides ménagers ne soit pas efficace et durable dans la ville de Kananga d'une part, et de proposer des solutions susceptibles de contribuer à l'amélioration de la gestion de ces déchets pour qu'elle soit efficace et durable, d'autre.Pour y parvenir, nous avons combiné deux méthodes qualitative et quantitative.L'indifférence et l'insuffisance de l'éducation à l'environnement relative à la gestion des déchets solides ménagers dans le chef des citoyens, la précarité des conditions socio-économiques, et la mauvaise gouvernance dans l'administration des détritus solides ménagers sont les principales difficultés qui rendent inefficace et non durable la prise en charge des ordures ménagères dans la ville de Kananga.Pour résoudre cette problématique, nous proposons que soient organisées de façon concomitante les interventions suivantes: la mise en place de mode gestion des déchets solides ménagers basé sur le partenariat public-privé-citoyens; le traitement des ordures à travers le compostage; la promotion du recyclage des métaux; la mobilisation des moyens financiers à travers la surtaxe sur la consommation d'eau et d'électricité; le budget de la municipalité et à travers la coopération avec les partenaires bilatéraux et multilatéraux; la dotation de la ville d'infrastructures d'assainissement appropriées; la simplification-vulgarisation et-l'application rigoureuse des instruments juridiques concernant la gestion des déchets solides ménagers; et enfin l'éducation à l'environnement axée sur la gestion des déchets solides ménagers. Cette éducation devra s'appuyer sur le dialogue-action comme stratégie pédagogique. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Depuis une vingtaine d'années, la valorisation des sous-produits industriels et des matières résiduelles dans les procédés productifs suscite beaucoup d'intérêt de la part des dirigeants industriels et politiques. Cet intérêt grandissant se justifie sans doute par le désir de nouvelles opportunités d'affaires et par l'urgence qu'il y a à mettre en œuvre les principes du développement durable aux échelles macroéconomique et microéconomique. Depuis lors, la valorisation résiduelle a fait l'objet de nombreuses recherches qui s'articulent autour du concept d'écologie industrielle. Celle-ci propose un cadre de référence à l'optimisation de l'usage des ressources dans les systèmes productifs. Les recherches ont été largement dominées par les approches scientifiques et d'ingénierie. Ces approches abordent l'écologie industrielle, en particulier la valorisation résiduelle, dans la perspective de l'analyse des flux de matière et d'énergie et du développement des technologies de réduction et de transformation des déchets, essentiellement au niveau global et interentreprises. Cependant, de telles approches ignorent largement le fonctionnement des pratiques de valorisation résiduelle au niveau intra-entreprise. Ainsi, en ce qui concerne la valorisation résiduelle, la vision technoscientifique pose le problème de l'écologie industrielle en termes de modélisation mathématique et de description des outils de mise en œuvre de l'écologie industrielle. La présente recherche aborde la problématique de la valorisation résiduelle dans une perspective différente. Elle se veut managériale. Elle s'attache à analyser les mécanismes de la valorisation résiduelle comme pratique d'écologie industrielle à l'échelle des différentes fonctions des entreprises industrielles canadiennes étudiées. Par cette analyse, la recherche vise à comprendre les enjeux de ces pratiques pour la gestion des ces entreprises ainsi que les difficultés auxquelles les gestionnaires de ces mêmes entreprises font face. Pour atteindre cet objectif, cette recherche repose sur une approche qualitative et empirique prenant la forme d'une étude de cas qui emprunte des éléments de la grounded theory. Pour mieux analyser la valorisation résiduelle dans la perspective managériale, le cadre conceptuel est forgé à partir d'une synthèse des courants de pensée en écologie industrielle identifiés dans la littérature. Le cadre conceptuel proposé repose ainsi sur les notions de reconnaissance d'opportunités, de transformation des sous-produits industriels et de gestion des processus d'affaires. C'est à partir de ces trois notions que les concepts fondamentaux de l'étude ont été définis. À partir des résultats portant sur les définitions de la valorisation ainsi que sur les motivations favorisant des initiatives d'écologie industrielle dans les entreprises visitées, la recherche propose un modèle conceptuel de la valorisation résiduelle, modèle qui repose sur les concepts d'introduction, de transformation des résidus en produits à valeur commerciale, de réseau d'échange des sous-produits et de développement des marchés pour les produits élaborés à partir des résidus industriels (ITEM). Ce modèle conceptuel a permis d'examiner les structures et le fonctionnement des pratiques de valorisation dans les entreprises étudiées. Cet examen montre que l'utilisation des sous-produits industriels se fait aux trois échelles de la chaîne de production : à l'entrée, puis pendant le processus de conversion de ces résidus et, enfin, à la sortie des produits élaborés. Les différents modes d'utilisation des sous-produits définissent à leur tour quatre modes de valorisation résiduelle : la transformation des résidus en produits à valeur commerciale, la substitution des matières nobles par différents résidus, l'utilisation des matières résiduelles comme source énergétique et l'utilisation des matières résiduelles pour renforcer la qualité des produits finis. À partir de ces modes d'utilisation identifiés, la présente étude propose une typologie des pratiques de valorisation résiduelle. L'analyse de la gestion environnementale des pratiques de valorisation dans les cas étudiés montre que la valorisation résiduelle éco-efficiente constitue la forme la plus avancée des pratiques d'écologie industrielle, c'est-à-dire celle qui se rapproche le plus des principes écologiques d'optimisation de l'usage des ressources dans les procédés productifs (Frosch et Gallopoulos, 1989). L'intégration de l'écologie et de l'économie se traduit par un processus graduel, sous-jacent aux résultats économiques favorables de l'entreprise. La valorisation résiduelle soulève des problèmes majeurs par rapport à l'introduction de résidus dans les procédés, à la transformation de ceux-ci en produits commerciaux et au développement des marchés. L'intensité et l'extension de la plupart de ces problèmes font de la valorisation résiduelle un type particulier d'activité industrielle appelé ici « hyperflexible », en comparaison avec d'autres activités basées sur l'introduction des matières premières standardisées. Les résultats de la présente thèse montrent, d'abord, la pertinence de l'analyse des pratiques de valorisation résiduelle dans une perspective empirique et de gestion. Ce qui remet en cause deux choses : les approches physico-chimiques sont les seules qui offrent un cadre de référence, et les bases sur lesquelles devrait reposer l'écologie industrielle sont un moyen de mettre en œuvre les principes du développement durable. Plusieurs études théoriques ont tenté de soutenir cette tendance dans le développement actuel de l'écologie industrielle comme domaine d'étude et de recherche. La présente recherche contribue à montrer que la prise en compte de la dimension managériale ou les expériences de valorisation des sous-produits industriels dans les entreprises font partie intégrante des thèmes de l'écologie industrielle au même titre que les modélisations et les analyses physico-chimiques. Ce qui apporte une réponse au débat actuel portant sur le statut « positif » ou « normatif » de l'écologie industrielle. La présente thèse montre ainsi la nécessité d'incorporer l'approche managériale dans le développement de l'écologie industrielle. Ensuite, les résultats de la présente recherche donnent une consistance opérationnelle aux pratiques d'utilisation et de transformation des sous-produits et des matières résiduelles dans les procédés productifs. Les différents concepts construits et défendus dans cette étude précisent et délimitent les frontières de la valorisation résiduelle comme pratique d'écologie industrielle, ce qui contribue à consolider les concepts et à donner de la rigueur aux concepts et aux termes utilisés en écologie industrielle, et de façon plus précise, la valorisation résiduelle. Enfin, à partir des expériences concrètes du vécu des gestionnaires, la thèse contribue à montrer les difficultés opérationnelles de la valorisation résiduelle, comme pratique d'écologie industrielle dans l'entreprise.

Nul ne peut ignorer que le pneu usagé, ce déchet encombrant, constitue une menace et à l'environnement par le risque potentiel d'incendie et de lixiviation, et à la santé des habitants qui vivent à proximité des dépotoirs par le risque potentiel de maladies dues aux fumées toxiques, qui résulteraient des incendies éventuels, ou dues aux piqûres de moustiques qui peuplent les interstices des amas constitués. Une gestion proactive du pneu en fin de vie s'impose indéniablement si l'on veut éviter aux générations futures d'être confrontées eux également a la complexité du problème des gisements historiques. Nous proposons dans ce recueil un modèle de plan de gestion global d'un projet d'édification d'une entité industrielle, s'assignant comme vocation spécifique le recyclage et la pré-valorisation des pneus en fin de vie. Ainsi donc une entité industrielle apte à se déployer dans le mouvement de la logistique inverse et à s'inscrire dans l'effort du développement durable. Ce modèle quoiqu'essentiellement théorique devrait permettre, d'une part, aux investisseurs économiques, citoyens des pays en développement plus particulièrement, désireux de se lancer dans la filière en question, d'avoir en mains un savoir-faire essentiel et des outils indispensables dont ils devraient naturellement disposer. Et, d'autre part, aux chercheurs scientifiques s'intéressant à l'étude d'autres produits en fin de vie, de s'inspirer de la logique de l'étude et de l'approfondissement de l'analyse qui ont conduit à l'aboutissement de ce modèle.

Les stratégies d'amélioration de la résilience des territoires à risque ont pris une place prépondérante dans les politiques de gestion des inondations. Raisonner en terme de résilience, c'est-à-dire de capacité pour un système à se maintenir et à retrouver un fonctionnement acceptable après la catastrophe, permet de penser différemment et d'anticiper la longue période qui suit un événement catastrophique. Le rôle du service de gestion des déchets dans la résilience des territoires urbains a été peu étudié. Or, lors d'une inondation, l'eau dégrade tout ce qu'elle touche, générant par là même des déchets en quantité très importante. Infrastructures bloquées, réintégration dans les habitations et les entreprises retardée, atteintes à la santé et à l'environnement, impacts psychologiques sont autant d'exemples des conséquences de la présence de ces amas de déchets sur le territoire. Loin d'être anecdotique, la gestion de ces déchets est donc un enjeu de la post inondation. Le maintien d'un service de gestion des déchets est donc stratégique pour la résilience des territoires face aux catastrophes. Il est donc nécessaire de travailler à sa résilience. Pour cela, cette thèse propose une démarche permettant de diagnostiquer la résilience d'un service de gestion des déchets qui se base sur trois leviers d'actions :1) analyse de la capacité du service à connaître les sollicitations du système urbain en matière de gestion des déchets qui s'appuie sur la construction d'une méthode d'estimation et de caractérisation du gisement potentiel de déchets post inondation ; 2) analyse de la capacité du service à maintenir un fonctionnement acceptable pour le système urbain qui s'appuie sur l'utilisation de méthodes de diagnostic de la vulnérabilité et d'analyse de la sûreté de fonctionnement ; 3) analyse de la capacité du service à solliciter un territoire plus vaste pour parer à ses défaillances. Cette démarche de diagnostic a été mise en pratique sur un territoire d'étude / Improving the resilience of urban areas against flooding is one of the main principles for flood prevention. Thinking in terms of resilience, i.e. enabling for the system to maintain or recover acceptable operating levels after disaster, allows to think differently and to anticipate post disaster period. The role of waste management system in resilience of urban territories has been little studied. However, during flooding, water degrades everything it touches, thereby producing very important quantities of waste. Blocked infrastructures, attacks on health and environment, psychological impacts, and deterioration in the area's image are the impacts made by poor management of this new waste. Therefore, adapting waste management system and anticipating flooding contributes to improving urban areas' resilience. That's why, this thesis suggests an approach allowing to assess resilience of waste management system. This approach proposes three steps : 1) study of capacity of waste management system to know waste management needs of the urban system. For this, a method allowing to quantify and to describe the waste that could be generated by flood was developed ; 2) study of capacity of waste management system to maintain an acceptable operating level compared with the urban system solicitations. For this, vulnerability assessment methods and reliability assessment methods were applied ; 3) study of capacity of waste management system to mobilize others waste management infrastructures in the larger scale, if it is unable to adapt itself to perturbation. This approach was applied to a concrete case