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

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

"Thèse en cotutelle pour le doctorat en génie des eaux Université Laval Québec et Ghent University à Ghent, Belgique" / La prise de conscience croissante de l’épuisement des ressources naturelles, la demande croissante de nutriments et d’énergie pour la production alimentaire et les normes de plus en plus strictes de décharge des nutriments et de fertilisation, ont donné lieu à une attention accrue pour la récupération des nutriments à partir des déchets municipaux et agricoles. Cette thèse de doctorat vise à stimuler la transition vers une bio-économie en fournissant des (moyens à développer des) stratégies durables pour la récupération des nutriments à partir des déchets organiques après la production de bio-énergie par la digestion anaérobie. Une attention particulière est accordée à la valorisation des produits récupérés comme substituts renouvelables aux engrais chimiques et/ou comme engrais organo-minéraux durables dans l'agriculture. Trois phases de recherche complémentaires ont été exécutées: 1) l'inventaire des technologies et la classification des produits, 2) l'évaluation de la valeur des produits, 3) la modélisation et l’optimisation des procédés. Dans la première phase, une revue systématique des technologies et une classification des produits ont été réalisées. Dans la seconde phase, la caractérisation des produits et des analyses de bilan de masse dans des stations de récupération des ressources de l’eau et des déchets (StaRRED) à grande échelle ont été exécutées. Une évaluation économique et écologique de différents scénarios de bio-fertilisation a été menée et les scénarios les plus durables ont été sélectionnés pour une évaluation agronomique réalisée ultérieurement sur le terrain et à l'échelle de la serre. Dans la troisième phase, une librairie générique de modèles pour la récupération des nutriments a été élaborée visant à modéliser la quantité et la qualité d'engrais. Une meilleure compréhension de la performance et des interactions des processus unitaires a été obtenue par des analyses de sensibilité globale. Les modèles ont été utilisés avec succès comme un outil pour la configuration et l'optimisation des chaînes de traitement. Sur la base de toutes les connaissances acquises, une feuille de route générique pour la mise en place des stratégies de récupération des nutriments en fonction des marchés et des législations des engrais, et de la caractérisation des déchets a été développée. En tant que telle, la présente thèse développe les concepts de fermeture maximale des cycles des nutriments dans une approche du berceau-au-berceau. Le travail apporte des preuves importantes de l'impact positif des produits récupérés sur l'économie, l'agronomie et l'écologie de la production végétale intensive. En outre, cette thèse offre des informations et des outils fondamentaux pour faciliter la mise en œuvre et l'optimisation des stratégies durables de récupération des nutriments. Ces résultats ouvrent de nouvelles possibilités pour une croissance économique durable axée sur les ressources biologiques et créent ainsi une situation gagnant-gagnant pour l'environnement, la société et l'économie en Belgique, au Canada, et au-delà. / The increasing awareness of natural resource depletion, the increasing demand of nutrients and energy for food production, and the more and more stringent nutrient discharge and fertilization levels, have resulted in an increased attention for nutrient recovery from municipal and agricultural wastes. This PhD dissertation aims at stimulating the transition to a bio-based economy by providing (tools to develop) sustainable strategies for nutrient recovery from organic wastes following bio-energy production through anaerobic digestion (= bio-digestion waste). Particular attention is paid to the valorization of the recovered products as renewable substitutes for chemical fertilizers and/or as sustainable organo-mineral fertilizers in agriculture. Three complementary research phases were conducted: 1) technology inventory and product classification, 2) product value evaluation, 3) process modelling and optimization. In the first phase, a systematic technology review and product classification was performed. In phase 2, product characterizations and mass balance analyses at full-scale waste(water) resource recovery facilities (WRRFs) were executed. An economic and ecological evaluation of different bio-based fertilization scenarios was conducted and the most sustainable scenarios were selected for subsequent agronomic evaluation at field and greenhouse scale. In phase 3, a generic nutrient recovery model library was developed aiming at fertilizer quantity and quality as model outputs. Increased insights in unit process performance and interactions were obtained through global sensitivity analyses. The models were successfully used as a tool for treatment train configuration and optimization. Based on all acquired knowledge, a generic roadmap for setting up nutrient recovery strategies as function of fertilizer markets, legislations, and waste characterization was established. As such, the present dissertation further develops the concepts of maximally closing nutrient cycles in a cradle-to-cradle approach. The work reveals important evidence of the positive impact of recovered products on the economy, agronomy, and ecology of intensive plant production. Moreover, it provides the fundamental information and tools to facilitate the implementation and optimization of sustainable nutrient recovery strategies. All of this may open up new opportunities for sustainable and more bio-based economic growth and thus create a win-win situation for the environment, the society, and the economy in Belgium, Canada, and beyond.

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’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.

Comme dans les pays du Nord riches, il y a également une augmentation de la production de déchets organiques dans les pays du Sud moins avancés. Connues sous l'appellation de Matières Organiques Exogènes (MOEx), les déchets organiques peuvent être valorisables comme engrais ou amendement pour les sols agricoles ou bien une nouvelle source de biomasse pour la production d'énergie. L'utilisation raisonnée d'une MOEx exige toutefois une connaissance scientifique approfondie de leur nature et de leurs impacts sur l'environnement. Des analyses conventionnelles en laboratoire et des expérimentations doivent être effectués pour maîtriser leur structure complexe liée à leurs propriétés physiques, chimiques et biochimiques. Celles-ci sont généralement longues et onéreuses. Dans notre étude, la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) a été choisie comme une alternative aux méthodes classiques pour la caractérisation de ces MOEx en milieu tropical humide. Les objectifs de notre travail sont (1) de montrer que la SPIR est une méthode appropriée pour la prédiction des caractéristiques de MOEx, (2) pour caractériser les MOEx en termes de leur potentiel agronomique et leur potentiel énergétique et (3) pour élaborer une typologie, construite à partir des données prédites par la SPIR, qui prend en compte quelques impacts négatifs liés à l'utilisation des MOEx. L'ensemble des données a inclus plus de 2000 échantillons de MOEx couvrant une large gamme de MOEx fraîches ou transformées issues de l'élevage, de la ville et des agroindustries. Le spectre SPIR de chaque EOM a été acquis. En plus des caractérisations classiques de laboratoire (les dosages de carbone, azote, phosphore, potassium, etc.), d'autres expérimentations ont été conduites en vue d’évaluer (1) les potentiels « positifs » des MOEx : (i) suivi de la minéralisation du carbone et de l'azote mesurée dans des conditions contrôlées pour une valorisation agronomique, (ii) détermination du pouvoir calorifique et du potentiel méthanogène pour une valorisation énergétique ; et (2) les potentiels « négatifs » des MOEx : (i) dénitrification potentielle et (ii) phytotoxicité en présence d’éléments trace métallique. Pour élaborer la typologie, la méthode SIRIS (Système d'Ingration des Risques par Interaction des Scores) a été appliquée pour formaliser les étapes d'une procédure logique menant à une classification des MOEx selon l'objectif de l'orientation de recyclage. La diversité des MOEx est illustrée à titre d'exemple par une large gamme des teneurs en (i) C (de 2 à 64 gC.100g-1MS), (ii) N (de 0,2 à 14gN.100g-1MS), (iii) P total (0,01 à 16gP.100g-1MS), K total (0,04 à 30 gK.100g-1MS). En prenant en compte l'ensemble des MOEx, les étalonnages des modèles SPIR sont acceptables pour la prédiction des teneurs en C, en N, en P et en K. Pour les potentiels « positifs » des MOEx (1) suivant les types de MOEx 102 à 955 kgMO.t-1MOEx pourraient être stockées dans le sol pour le maintien de la fertilité, (2) les pouvoirs calorifiques des MOEx varient de 7 à 28 MJ.kg-1MS et les potentiels méthanogènes vont de 69 à 488 NmlCH4.g-1MO. Quant aux potentiels négatifs, que ce soit pour les émissions de N2O ou pour la phytotoxicité des ETM, une forte interaction entre les propriétés du sol (pH, texture, …) avec les MOEx masque souvent certains effets. La méthode SIRIS a permis de classifier les MOEx selon un processus simple basé sur le classement de critères et de scores d'auto-pénalisation. Cette approche est intéressante en l'absence de données précises qui sont souvent difficiles à obtenir. L'aide des prédictions par la SPIR nous a été utile pour cette démarche d'orientation de la valorisation agronomique et/ou énergétique des MOEx. Des approches socio-économiques devraient compléter notre étude pour aboutir à l'orientation finale de valorisation des MOEx. / As observed in northern/rich countries, there is an increase in the production of organic wastes in southern/less advanced countries. So called, Exogenous Organic Matter (EOM), they can be a valuable fertilizer or amendment for agricultural soils or a new supply for energy production. The safe utilisation of EOM requires an in-depth scientific knowledge of their nature and impacts on the environment. Laboratory analysis and experiments have to be carried out in order to know their complex structure related to their physical, chemical and biochemical properties. These techniques represent a relatively high cost and are time consuming. In this study, the near infrared spectroscopy (NIRS) was chosen as an alternative to classical methods for laboratory characterisations of tropical EOM. The objectives of this study are (1) to show that NIRS is a suitable method for predicting EOM characteristics (2) to characterize EOM in terms of their agronomic potential and/or energetic potential, and (3) to elaborate a typology, build with predicted parameters by NIRS, taking into account some environmental impacts of the different utilisations of EOM.The dataset included more than 2000 EOM samples covering a broad range of fresh and transformed organic materials. Each EOM was scanned using a NIR spectrometer from 1100nm to 2500nm. In addition to the classical laboratory characterisations (dosages of total carbon, nitrogen, phosphorus, potassium), other experiments have been carried out: (1) for “positive” potentials: (i) C and N mineralization measured in controlled conditions (for an agronomic use), (ii) determination of High Heating Value and Biochemical Methane Potential (for an energetic use) and (2) for “negative” potential or risk: phytotoxicity assessment due to trace elements, and the determination of potential nitrous oxide emission. To elaborate the typology, the SIRIS method (System of Integration of Risk with Interaction of Scores) was carried out in order to formalize the steps of a logical procedure, leading to a decision according to objective of the recycling orientation.Diversity of EOM is illustrated by the variability of (i) C contents (from 2 to 64 gC.100g-1DM); (ii) N contents (from 0.2 to 14gN.100g-1DM); (iii) total P contents (from 0.01 to 16gP.100g-1DM),(iv) total K contents (from 0.04 to 30 gK.100g-1DM). When taking into account all EOM without regarding their nature, acceptable predictive models were obtained with NIRS calibration for estimating C, N, total P and total K contents for EOM.“Positive” potential assessment provided information about (1) remaining organic carbon might be stocked into soil after applying EOM (from 102 to 955 kg.t-1TOM) (2) High Heating Value of EOM when recycling as a supply of small scale combustion or thermo chemical conversion (from 7 to 28 MJ.kg-1DM), (3) Biochemical Methane Potential after EOM anaerobic digestion (from 69 to 488 NmlCH4.g-1TOM). Both “negative” potential which took into account phytotoxicity due to trace elements and nitrous oxide emissions were highly interacted on the soil properties (pH, texture). The SIRIS method appeared to be an efficient decision-making tool in this study. It made it possible to classify the EOM according to a simple process based on the ranking of criteria and a self-penalization scoring system. This approach can be used in the absence of accurate, reliable data, which are often difficult to obtain. The help of NIR prediction was useful for better orientate the EOM valorization between soil fertilization and energy production. Further concern will be focused on socio-economical approach in order to complete the final destination of EOM re-use.

La destruction de déchets fortement contaminés issus du cycel du combustible nucléaire doit être réalisée par une technique efficace et avec une parfaite maitrise des effluents. L'oxydation dans l'eau supercritique répond à ces critères pour la destruction de composés organiques. Un banc d'essai en continu a été construit pour développer l'oxydation hydrothermale de déchets organiques modèles sous forme liquide. L'étude de l'oxydation du dodecane a permis d'identifier les paramètres contrôlant le taux d'avancement de la réaction...

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

La livraison et la manutention de la matière organique putrescible effectuées dans les usines de biométhanisation produisent des bioaérosols, mettant en suspension dans l’air les microorganismes retrouvés dans les matières premières qui peuvent varier en nature et en état de décomposition. Les travailleurs des usines de biométhanisation se retrouvent exposés à ces microorganismes, dont certains peuvent être nuisibles à la santé. La biométhanisation étant une méthode récente de traitement et de valorisation des déchets, aucune étude ne fait mention de la présence de bioaérosols dans l’air des bâtiments en émergence au Québec. Il est donc nécessaire de procéder à une évaluation exploratoire de l’air des usines de biométhanisation afin d’en connaitre la composition en microorganismes. Deux usines ont été visitées une fois en été et une fois en hiver, pour un total de 4 visites, ceci dans le but de tenir compte de la variation saisonnière des conditions de travail. L’échantillonnage effectué était de type stationnaire. Les six échantillonneurs utilisés ont servi à l’analyse des microorganismes cultivables et à l’analyse moléculaire des bioaérosols. Des concentrations en bactéries et en moisissures supérieures aux recommandations émises par l’IRSST ont été observées. La quantification par qPCR a permis la détection de quelques microorganismes potentiellement pathogènes, tels Saccharopolyspora rectivirgula, Legionella spp. et Mycobacterium spp. Des concentrations d’endotoxines inférieures à la valeur suggérée ont été décrites. Finalement, une meilleure vue d’ensemble de la diversité bactérienne a été possible grâce au séquençage nouvelle génération. La technologie utilisée pour le traitement des déchets étant encore nouvelle, ce projet constitue un ajout important à la littérature. Des moyens de protection pourront être suggérés pour les travailleurs œuvrant dans ce secteur d’activités. / Delivery and handling of putrescible organic matter in biomethanization facilities produce bioaerosols, suspending microorganisms found in the raw matter, which may vary in nature and decomposition state. Workers in biomethanization facilities are exposed to these microorganisms, some of which may be harmful to their health. Nowadays, biomethanization is used as a method of waste processing and valorization. To our knowledge, there is no study mentioning the presence of bioaerosols in these emerging facilities in the Quebec province. Consequently, there is a need to study the air of biomethanization facilities to better understand its composition in microorganisms. Two facilities were visited once in summer and once in winter for a total of 4 visits. The goal was to consider the seasonal variation of working conditions. Stationary sampling was performed with six devices used for culture of airborne microorganisms and molecular analysis. Bacterial and fungal concentrations above the IRSST recommendations were observed. qPCR lead to the detection of some potentially pathogenic microorganisms, such as Saccharopolyspora rectivirgula, Legionella spp. and Mycobacterium spp. The endotoxin concentrations were below the recommended value. Finally, a better view of bacterial diversity was possible due to next-generation sequencing. Because biomethanization is an emerging waste treatment technology, this study brings a major contribution to the literature. It may also lead to recommendations for the protection of workers in this activity area.

La pollution engendrée par les pratiques d'élevage constitue une préoccupation majeure dans beaucoup de pays. Il a été notamment démontré que les fèces animales logent des pathogènes potentiellement nocifs, dont le Escherichia coli 0157:H7 et des espèces du genre Salmonella. Ainsi, le recyclage des résidus organiques qui n'ont pas été préalablement soumis à un traitement adéquat pose un risque élevé de contamination de l'environnement, du sol et des eaux souterraines. L'élimination des pathogènes par les techniques de biopasteurisation s'avère un moyen prometteur pour la gestion des résidus animaux et en particulier du fumier solide. Bien que chacune des techniques existantes possèdent des avantages, il y a toutefois toujours place à l'amélioration. Dans cette étude, nous avons présenté un nouveau système de traitement en continu par biopasteurisation appelé SHOCMD (Système d'Hygiénisation en Oxygénation Contrôlée), et son efficacité à éliminer les bactéries pathogènes. Les résultats ont été comparés à ceux d'un système conventionnel, soit la cellule de compostage à aération forcée. Afin de vérifier l'efficacité du SHOCMD , deux pathogènes majeurs, soit E, coli 0157:H7 et Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium, ont été introduits dans le fumier solide de porc. À la fin du traitement, les échantillons ont été analysés en utilisant des techniques microbiologiques et moléculaires. De plus, la diversité bactérienne, un paramètre important pour une gestion efficace de la biopasteurisation, a été déterminée à l'aide de techniques moléculaire. Les résultats ont démontré que le SHOCMD est un système efficace pour l'hygiénisation du fumier solide et que le produit final répond aux normes de sécurité concernant les pathogènes. / Pollution by livestock wastes has become a great concern in many countries. It is well documented that potentially harmful pathogens including Escherichia coli 0157:117 and Salmonella spp. are shed in animal feces. Recycling of these wastes without treatment poses a risk of contamination of the environment, soil and groundwater. Bio-pasteurization is a promising technique for management of solid animal wastes especially manure. However, even if each method has its own advantages there is still room for improvement. In this study, we present a new bio-pasteurization system called SHOCIM (Système d'Hygiénisation en Oxygénation Contrôlée) and the efficiency of the SHOCIM to eliminate pathogens was compared to the Cell, which is one of the conventional Systems. To evaluate the efficiency of SHOC™, two majors pathogens, E. coli 0157:H7 and Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium were introduced in manure. At the end of treatment, the samples were analyzed with both microbiological and molecular techniques. Bacterial diversity which is important in the effective management of biopasteurization process was monitored by molecular techniques as well. Results demonstrated that SHOCIM is an efficient facility for manure treatment and the final product meet the standards for pathogens safety.