Le but principal de ce travail est de déterminer l’effet de la cristallinité sur la perméation aux gaz pour des films polymères. En particulier, on utilise l’acide polylactique (PLA) comme matrice et différents gaz (azote, dioxyde de carbone, hydrogène, méthane et oxygène) pour les propriétés de transfert. À cet effet, le travail a été divisé en trois parties. Dans la première partie, on utilise le talc comme agent de nucléation afin de modifier la cristallinité du PLA. Dans ce cas, on remarque que la perméabilité au gaz et le coefficient de diffusion sont réduits en augmentant la teneur en talc (0-3% poids). On constate aussi que l’augmentation de la cristallinité due à la nucléation hétérogène ne modifie pas significativement les propriétés mécaniques, sauf pour la déformation à la rupture. Néanmoins, les propriétés de transfert sont diminuées. Dans la deuxième partie, l’effet du temps de recuit pour modifier la cristallinité du PLA seul et avec 3% de talc a été étudié. Dans ce cas, on constate que la perméabilité aux gaz et le coefficient de diffusion sont réduits en augmentant le temps de recuit (jusqu'à 40 minutes). On constate également que l'augmentation de la cristallinité ne modifie pas les propriétés mécaniques, à l'exception du module de Young. Enfin, la température de recuit pour améliorer la cristallinité du PLA seul ou avec 3% de talc a été étudiée. Bien que la perméabilité aux gaz et le coefficient de diffusion aient diminué en augmentant la température de traitement (de 60 à 120°C), l'augmentation de la cristallinité finale n’a pas changé de manière significative les propriétés mécaniques, à l'exception du module de Young et la déformation à la rupture pour le composite ayant 3% de talc. / The main purpose of this work is to determine the effect of crystallinity on the gas permeation of polymer films. In particular, polylactic acid (PLA) was used as the matrix and various gases were selected (nitrogen, carbon dioxide, hydrogen, methane and oxygen) for the gas transport properties. To this end, the work was divided into three parts. In the first part, talc was used as a nucleating agent to modify the crystallinity of PLA. In this case, it was noted that the gas permeability and the diffusion coefficient were reduced with increasing talc content (0-3% by weight). It was also observed that increased crystallinity was related to heterogeneous nucleation, but had limited effect on mechanical properties, with the exception of strain at break. However, the transport properties were decreased. In the second part, annealing time was used to modify PLA crystallinity with 0% and 3% talc. In this case, it was found that gas permeability and diffusion coefficient were lowered with higher annealing time (up to 40 min). It was also observed that higher crystallinity did not change the mechanical properties except for the Young’s modulus. Finally, annealing temperature was modified to improve the crystallinity of neat PLA and 3% talc composite. While gas permeability and diffusion coefficient both decreased with increasing annealing temperature (from 60 to 120°C), crystallinity changes did not significantly modify the mechanical properties, except for the Young’s modulus and strain at break of the 3% talc composite.

L'objectif de la thèse est de fabriquer un conducteur protonique à base de phyllosilicates, fonctionnant à une température comprise entre 200°C et 300°C pour la production d'hydrogène d'une part, et l'hydrogénation du CO2 issu de la biomasse d'autre part. Le dépôt sera effectué sur un substrat en acier fritté, mis au point spécifiquement en collaboration avec le fournisseur.Afin d'appréhender les phénomènes régissant la croissance du dépôt et donc, pouvoir optimiser les performances du procédé, un suivi in-situ par spectroscopie d'impédance électrochimique sera effectué pour chaque essai. Ces analyses seront couplées avec d'autres analyses ex-situ (MEB,XPS,...). L'objectif étant de pouvoir contrôler minutieusement les caractéristiques de la couche formée, et reproduire rapidement le procédé à l'échelle industrielle.A la fin de la thèse, les résultats seront intégrés dans le programme SOLARVI, qui vise à stocker l'énergie issue de sources renouvelables pour la production d'hydrogène d'une part, et la transformation du CO2 issu de la biomasse en produits valorisables dans le domaine de l'énergie et dans la chaîne du carbone d'autre part. / This thesis aims at the elaboration of a phyllosilicate-based protonic conductor working at temperatures between 200°C and 300°C for hydrogen production and hydrogenation of CO2 coming from biomass. The deposit will be carried out on a sintered steel alloy, developed with the supplier.In order to understand the phenomena governing the growth of the deposit, an in-situ monitoring will be performed for each test, by electrochemical impedance spectroscopy. These analyses will be coupled with other ex-situ analyses (SEM, XPS...). That will allow us to obtain the good final properties of the protonic layer and quickly bring the process at industrial scale.At the end of the thesis, all results will be integrated within SOLARVI program, which aims at the energy storage coming from renewable sources, by hydrogen prduction and transformation of CO2 into products which could be valorized in energy and chemistry fields.

L'objectif essentiel de ce travail est de déterminer les variations passées du CO2 atmosphérique à partir de l'analyse de l'air piégé dans la glace. Cette étude a été centrée sur deux époques du passé, à savoir : l'époque récente couvrant en particulier les derniers siècles, afin de déterminer le niveau en CO2 de l'atmosphère "pré-industrielle", la fin de la dernière glaciation (vers 18 000 B.P.) et la transition âge glaciaire-Holocène afin de préciser les résultats obtenus précédemment. Dans le premier chapitre, nous présentons les différents mécanismes conduisant au piégeage de l'air dans la glace et discutons les conditions à réunir pour que l'air analysé soit représentatif de l'atmosphère. Dans le deuxième chapitre, nous discutons la partie expérimentale de notre travail, en présentant en particulier les tests que nous avons faits sur notre méthode d'analyse et les résultats positifs de la comparaison de notre méthode avec celle utilisée par l'Institut de Physique de Berne. Nous concluons que la précision relative de nos résultats est inférieure à 4% et qu'ils sont représentatifs des variations en CO2 de l'atmosphère.

Les forêts couvrent 31% de la surface terrestre en plus de stocker environ le double de carbone (C) contenu dans l'atmosphère. Elles ont donc un rôle important à jouer dans le contexte de la réduction des émissions de C à l'atmosphère, en plus d'être des moteurs de développement économique et social. Dans le cadre de cette étude, différentes pratiques sylvicoles ont été comparées en utilisant des données terrain afin de comprendre leurs effets sur l'accumulation de C en forêt, et sur la répartition du C entre les différents réservoirs de l'écosystème. Cette étude s'est déroulée à la Forêt Montmorency, la forêt d'enseignement et de recherche de l'Université Laval, située dans le biome boréal, et plus précisément dans le domaine bioclimatique de la sapinière à bouleau blanc de l'Est. Les traitements sylvicoles testés incluaient : la conservation (pour permettre au peuplement d'atteindre le stade de vieille forêt), la coupe partielle et la coupe totale avec protection de la régénération et des sols (CPRS). Ce projet visait à comparer la quantité moyenne de C que renferment chaque réservoir (biomasse, bois mort, litière et matière organique de l'humus et du sol minéral) et la proportion qu'occupe chacun des réservoirs par rapport au contenu total de C de l'écosystème dans des sapinières soumises à l'une ou l'autre de ces traitements sylvicoles. Les hypothèses étaient que la coupe partielle permet de stocker en moyenne plus de C dans le sol et les débris ligneux que la CPRS, et que la conservation des vieilles sapinières permet de préserver un plus grand stock de C que les sapinières aménagées. Les donnée sont été récoltées dans un réseau de placettes de différents âges, pour quantifier les stocks moyens associés aux différents traitements, et en utilisant un protocole standardisé d'échantillonnage des stocks de C. Nos résultats ont confirmé notre première hypothèse que les peuplements soumis à la coupe partielle stockeraient en moyenne plus de C que ceux soumis à la coupe totale. En particulier, les chicots et les débris ligneux stockent en moyenne plus de C sous un régime de coupe partielle plutôt que sous un régime de coupe totale. Cependant, le choix du traitement sylvicole ne semble pas avoir d'effet sur les stocks de C du sol. La perturbation du sol parla machinerie forestière, au Québec, est soumise à des réglementations qui limitent à 33% de la zone de récolte les sentiers de débardage, ce qui contribue probablement à réduire les différences entre les traitements sylvicoles. Pour notre deuxième hypothèse, nos résultats suggèrent que les vieilles forêts ont des stocks de C plus importants que les peuplements soumis à la coupe totale; cependant, les peuplements soumis à la coupe partielle ressemblaient en partie aux vieilles forêts en matière de stockage de C dans les débris ligneux et chicots. Finalement, si la Forêt Montmorency cherche à atteindre à la fois des objectifs de séquestration et de stockage de C sur le territoire et de production de bois, la coupe partielle semble être une pratique plus avantageuse que la coupe totale. La conservation des vieilles forêts est tout aussi avantageuse en matière de stockage du C, en plus de permettre d'atteindre des objectifs de protection de la biodiversité. Cette étude contribue aux connaissances scientifiques sur le rôle de l'aménagement forestier sur le cycle du C. / Forests make up 31% of the land surface, besides, they store about the double of the carbon (C) contained in the atmosphere. They therefore have an important role to play in the reduction of C emissions to the atmosphere, as well as being drivers of economic and social development. Forest management can be used as a tool for climate change mitigation by sequestering and storing carbon (C). In this study, several silvicultural practices were compared by using empirical data to look at the effects of C accumulation in forests, and on C allocation between the ecosystem pools. This study was set in Forêt Montmorency, the research and teaching forest of Laval University, located in the Eastern balsam fir white birch bioclimatic region. The tested silvicultural practices were conservation (to allow the stand to attain an old-growth stage), partial cutting and clearcutting with protection of the regeneration and soils. The goal of this project was to compare the average quantity of C stored in each pool (living biomass, deadwood, litter, and soil organic matter in forest floor and mineral soil) in balsam fir forests under one of those strategies, and the allocation of C among pools compared to the ecosystem total C. The hypotheses were that under partial cutting, more C would be stored in soils and woody debris than under clearcutting, and that conservation of old-growth stands would permit to preserve more C than the management of fir stands. Data was collected in a network of plots with stands of different ages, to quantify the average C stocks associated with each strategy, by using a standardized sampling protocol. Our results confirmed the first hypothesis that stands under partial cutting store in average more C than those under clearcutting. Stumps and woody debris store more C under the partial cutting regime than under the clearcut regime. However, the silvicultural strategy does not seem to influence soil C stocks. Soil disturbance by forest operations is somewhat limited due to Quebec regulations that restrict the area occupied by skid trails to a maximum of 33% of cutting areas; this likely contributed to reduce potential differences between partial and clearcut harvests. For the second hypothesis, our results suggest that old growth stands store more C than stands under the clearcutting regime; however, stands under the partial cutting regime are somewhat similar to old growth stands in terms of C storage in woody debris and stumps. Finally, if Forêt Montmorency is to pursue objectives of C storage and wood production, partial cutting seems to be more advantageous than clearcutting. Conservation of old growth stands has been also just as advantageous in terms of C storage and contributes to the protection of biodiversity. This study contributes to the forest management knowledge of the C cycle.

L’amélioration de l’efficacité de l’utilisation de l’eau (WUE) s’avère un élément clé afin d’augmenter la durabilité des plantes cultivées lors de périodes de sécheresse. Dans ce contexte, cette thèse a étudié la relation entre la conductance du mésophylle au CO2 (gm), un élément contraignant l’assimilation en carbone, et l’hydraulique chez des peupliers hybrides, espèces à forte croissance et haute transpiration. Il a été démontré, à l’aide d’une méthode améliorée, que gm reste constante durant les premières étapes d’un stress hydrique jusqu’à un seuil de conductance stomatique (gs) d’environ 0,15 mol m−2 s−1. En diminuant expérimentalement les limitations causées par les stomates, gm et la conductance hydraulique des feuilles n’ont pas été altérées, suggérant une isolation hydraulique partielle du mésophylle. L’application d’acide abscissique (ABA) exogène et la cavitation du xylème ont mis en évidence le délai de réaction de gm par rapport à gs, suggérant également l’isolation hydraulique du mésophylle. L’isolation hydraulique serait en cause et entrainerait un délai dans l’acheminement de l’ABA, retardant ainsi la fermeture d’aquaporines et entrainant une déviation de l’eau vers la voie apoplastique et une diminution irréversible de gm. Toutefois, une diminution de la turgescence résultant de la cavitation entraine une diminution de gm réversible par pressurisation d’eau dans le xylème, suggérant un effet réversible au niveau de la membrane plasmique. Ces deux mécanismes peuvent également être observés lors d’un stress hydrique de plus longue durée. Ainsi, la diminution de gm est retardée de quelques jours par rapport à gs, suggérant un effet de l’ABA endogène. Toutefois, une variation diurne de gm après plus d’une semaine de stress suggère une réaction au changement journalier de turgescence. La variation de réponse de gs entre différents génotypes de peupliers et le délai de réaction de gm permettent d’augmenter le ratio gm/gs, et ce dernier est corrélé positivement à l’efficacité de transpiration, une composante foliaire de WUE. Ainsi, le ratio gm/gs serait un trait à favoriser dans l’amélioration de WUE afin d’augmenter la résilience des plantes cultivées à la sécheresse, surtout dans un contexte de changements climatiques où la fréquence et l’intensité des périodes de séchesse sont prédits d’augmenter. / Increasing water use efficiency (WUE) is a key objective to improve the sustainability of cultivated plants to drought. In that context, this thesis has studied the relation between leaf hydraulics and mesophyll conductance to CO2 (gm), a component that restricts carbon assimilation, in hybrid poplar clones, plants with high growth rates and transpiration. It was first shown, using an improved measurement method, that gm remained constant during the early stages of water stress and declined only below a stomatal conductance (gs) threshold of ~0.15 mol m−2 s−1. Removing stomatal limitations experimentally did not improve gm or leaf hydraulic conductance (Kleaf), which suggests a partial hydraulic isolation of the mesophyll. Furthermore, adding xylem-fed abscisic acid (ABA) or inducing xylem cavitation again showed a delayed gm response and hydraulic isolation of the mesophyll. Two mechanisms would be at play. First, in the case of ABA, hydraulic isolation would delay its delivery and eventually induce mesophyll aquaporins gating and a shift towards the apoplastic water pathway, thus decreasing gm. However, it is only with a decline in turgor caused by xylem cavitation that pressurizing water allows for a full restoration of gm, which suggests a reversible change at the plasma membrane level. Those two mechanisms can be observed during a longer water stress period. Thus, the delay in gm decline by a few days compared to gs suggests an ABA response and the partial hydraulic isolation of the mesophyll. After more than a week of water stress, diurnal changes in gm indicate a daily turgor variation. The variation in gs response to drought and the delay in the decline of gm increase the gm/gs ratio, which is positively correlated to transpiration efficiency, a foliar component of WUE. Thus, the gm/gs ratio was used to discriminate between five poplar genotypes, and the results suggest that it should be improved to increase WUE and the resilience of cultivated plants to drought, which is more than ever critical since drought events are predicted to increase in frequency and intensity under climate change.

L'augmentation des superficies forestières permet d'atténuer les changements climatiques en augmentant les puits de carbone en forêt et en assurant un apport soutenu en produits du bois sur les marchés. Le présent projet visait à quantifier le potentiel d'atténuation du boisement et du reboisement de territoires improductifs au Québec, considérant l'approche du bilan de carbone intégrée (forêt, produits du bois et substitution). Les analyses effectuées dans le cadre de l'étude nous ont permis d'évaluer le potentiel d'atténuation des changements climatiques du boisement et du reboisement des dénudés secs et des brûlis mal régénérés retrouvés dans le domaine bioclimatique de la pessière à mousses et des friches agricoles situées dans le domaine bioclimatique de la sapinière à bouleau jaune. Les résultats suggèrent que les plantations sans récolte ont généré, à l'âge de maturité, un plus grand potentiel de séquestration du carbone en forêt alors que les plantations récoltées prennent plusieurs décennies pour récupérer la perte de carbone engendrée par la récolte forestière. Cette dette peut être compensée que si une partie du bois récolté est convertie en produits du bois de longue durée et avec un effet de substitution élevé. Le besoin de données empiriques sur le taux d'accumulation du carbone par la succession végétale sur les friches agricoles en l'absence de boisement a été souligné afin de mieux quantifier le scénario de référence. L'intégration de l'impact des changements climatiques sur la croissance des plantations en fonction de trois projections de forçage radiatif (RCP 2.6, RCP 4.5 et RCP 8.5) montre que le potentiel d'atténuation des scénarios de boisement avec pin gris sur les dénudés secs et avec pin rouge sur les friches agricoles permettent une séquestration du carbone significative. Le choix des essences à planter et la stratégie d'aménagement forestier ont un impact plus important sur les stocks de carbone que l'impact des changements climatiques sur la croissance des arbres. Finalement, le climat a eu un impact sur la quantité et la qualité du panier de produits du bois en faisant varier le diamètre à hauteur de poitrine (DHP) des tiges récoltées en fonction des différents scénarios de forçage radiatif. L'augmentation de la proportion des produits du bois à longue durée retarde les émissions de GES dans le temps, mais produit davantage d'émissions de méthane (CH₄) en raison de la décomposition sous conditions anaérobies. Le recyclage des produits du bois en fin de vie à des fins de bioénergie a permis de réduire considérablement les émissions en évitant complètement la décomposition dans les dépotoirs. La présente étude a permis de mieux comprendre le rôle des plantations en tant que stratégie d'atténuation pour contribuer aux objectifs nationaux de réduction des émissions de GES en plus de préciser le rôle de l'intensification de la production ligneuse en matière d'atténuation des changements climatiques. / Increasing forest area can mitigate climate change by increasing forest carbon sinks and ensuring a sustained supply of wood products to markets. This project aimed to quantify the mitigation potential of afforestation and reforestation of unproductive territories in Quebec, considering the forest sector value chain (forests - products - markets). This study allowed us to evaluate the climate change mitigation potential of afforestation and reforestation of open woodlands and poorly regenerated burns in the spruce-moss bioclimatic domain and of abandoned farmlands in the balsam fir-yellow birch bioclimatic domain. The results showed that afforestation without harvesting generated a greater potential for forest carbon sequestration when plantations reached maturity, whereas harvested plantations take several decades to recover the carbon loss generated by forest harvesting. This debt can only be offset if some of the harvested wood is converted into long-lived wood products with a high substitution effect. The need for empirical data on the rate of carbon accumulation by natural succession on abandoned farmlands in the absence of afforestation was emphasized to better quantify the baseline scenario. Integrating the impact of climate change on forest growth under three radiative forcing projections (RCP 2.6, RCP 4.5, and RCP 8.5) showed that the mitigation potential of afforestation scenarios with jack pine on open woodlands and red pine on abandoned farmlands provided significant carbon sequestration. The choice of species to be planted and the forest management strategy had a greater impact on carbon stocks than the impact of climate change on tree growth. The quantity and quality of the basket of harvested wood product varied due to the impact of climate on the diameter at breast height (DBH) of harvested stems. Increasing the proportion of long-lived wood products delayed GHG emissions over time but produced more methane (CH₄) emissions due to decomposition under anaerobic conditions. Cascading use of wood products at their end of life into bioenergy conversion had significantly reduced emissions by avoiding decomposition in landfills. This study provided a better understanding of the role of afforestation and reforestation as mitigation strategies to contribute to national GHG emission reduction goals and to clarify the role intensification of wood production in climate change mitigation.

Chez les plantes pérennes, une compétition pour les ressources carbonées et minérales entre les différents puits a souvent été rapportée. Elle peut réduire la production de fruits, notamment en présence de reproduction asexuée. L’étude de l’allocation du carbone et des nutriments (éléments minéraux) chez la chicouté (Rubus chamaemorus L., Rosaceae), une plante clonale nordique, visait à identifier les facteurs qui limitent sa production de ramets floraux et de fruits. De plus, la plante produisant davantage de ramets lorsque ses rhizomes se trouvent plus près de la surface du sol qu’en profondeur, l’impact de certains facteurs édaphiques (température et pression) sur la différentiation des apex des rhizomes en bourgeons a donc été étudié de même que l’effet de la dominance apicale et des réserves de carbone et de nutriments. Nos résultats montrent que le carbone, plus que les nutriments, limite la formation du fruit, et que ce carbone provient essentiellement du ramet floral. Au début du printemps, il reste peu de réserves carbonées dans le rhizome possiblement à cause d’une dormance peu profonde de celui-ci. Les feuilles et les fruits en développement semblent être en compétition pour le carbone. Par ailleurs, les ramets portant un fruit avorté montrent une faible teneur en phosphore foliaire, une déficience qui peut restreindre la translocation du carbone vers les fruits. De plus, les fruits avortés de chicouté présentent une faible teneur en potassium ce qui pourrait également limiter leur apport en sucres et induire l’avortement. Cependant, l’application de fertilisants n’a pas permis d’améliorer les rendements en fruits, du moins à court terme. Un suivi à plus long terme de l’effet des fertilisants, couplé à la sélection de clones présentant un déploiement rapide du feuillage au printemps et une dormance plus profonde en hiver, pourrait contribuer à augmenter le rendement en fruits de la chicouté. Deux facteurs ont induit une augmentation de la production de bourgeons floraux, la fertilisation minérale et des températures élevées mais aucun de ces deux facteurs semblent agir comme élément déclencheur. D’autres études seront nécessaires pour identifier les facteurs induisant la différentiation des apex en bourgeons feuillés et floraux chez la chicouté. / Competition for both carbon and mineral resources between the different sinks has often been reported in perennial plants and can, especially in presence of asexual reproduction, reduces the production of fruits. We have studied carbon and nutrient allocation in cloudberry (Rubus chamaemorus L., Rosaceae), a northern clonal plant, to determine the limiting factors for both flower ramets and fruit production. Furthermore, the plant producing more ramets when its rhizomes grow near the ground surface than deeper in the soil, the impact of some edaphic factors (temperature and soil pressure) on the rhizome apex differentiation into buds was thus also quantified along with the impact of apical dominance and of the level of carbon and nutrient reserves Our results indicated that carbon is more limiting than nutrients for fruit production and that this carbon comes essentially from the floral shoot. During early spring, the carbon reserves are low in the rhizome most likely due to a weak dormancy of the rhizome during the winter. The developing fruits and the unfolding leaves appear to compete for the carbon resource. Additionally, the shoots bearing an aborting fruit had a low P content in their leaves, a deficiency that can reduce carbon translocation to the fruits. Moreover, aborted cloudberry fruits have a low K concentration, which could also limit sugar import to these fruits and induce abortion. However, mineral fertilization did not improve fruit yield, at least on a short-time scale. Longer-term studies of mineral fertilization coupled with the selection of clones with faster leaf unfolding and with a deeper dormancy of the rhizome could increase cloudberry fruit yield. Two factors contributed to increase flower bud production: mineral fertilization and high temperatures. However, none of these factors appeared to work as a triggering factor for floral bud formation. Other studies will be necessary to identify the factors inducing rhizome apex differentiation into leaf and flower buds in cloudberry.

Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec et Université de Rennes I, France. / Le réchauffement climatique dû à l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre constitue l’une des problématiques majeures actuelles. Dans ce contexte, le stockage du CO₂ dans des réservoirs géologiques se présente comme un moyen susceptible de limiter les conséquences de ces émissions sur l’environnement. Pour des raisons sécuritaires, cette méthode de gestion nécessite une surveillance continue des réservoirs de stockage à l’aide de capteur IR pouvant descendre dans les puits. L’application de cette technologie nécessite également de connaitre le comportement du CO₂ lors des différentes étapes de stockage, notamment lorsqu’il est dans son état supercritique. C’est pourquoi la microfluidique est actuellement utilisée afin de simuler et comprendre les phénomènes liés à l’injection et au stockage du CO₂ sous forme supercritique. La mise en œuvre d’une telle approche requiert : (i) le développement de nouvelles solutions compactes pour la surveillance in situ des réservoirs en continu pour sécuriser les sites de stockage et; (ii) la bonne compréhension du comportement du CO₂ lors des différentes étapes de stockage.Le premier axe de recherche consiste à synthétiser des matériaux vitreux afin d’optimiser l’efficacité d’un capteur optique de CO₂ pour la surveillance des sites de stockage en aquifère salin et susceptible de détecter d’autres gaz, tels le méthane ou le monoxyde de carbone. Le capteur doit pouvoir être déployé en profondeur et capable de détecter des concentrations inférieures à 1000 ppmv pour repérer rapidement d’éventuelles fuites. Les verres de chalcogénures dopés avec des ions de terres rares spécifiques, peuvent produire une luminescence qui peut ensuite être utilisée pour détecter les signatures infrarouges de toutes les molécules possédant des bandes d'absorption dans la région spectrale 3-5 μm. Les compositions vitreuses Ga₅Ge₂₀Sb₁₀(Se, S)₆₈ (%mol.) dopées Pr³+ et Dy³+ ont été développées en vue de réaliser un capteur environnemental de CO₂. Le potentiel de ces matériaux pour la multidétection de gaz (CO₂, CH₄ et CO) a également été exploré. Les systèmes microfluidiques HP/HT actuels ne permettent pas de coupler simultanément la spectroscopie infrarouge et Raman à ces dispositifs. Ce problème est dû à l’utilisation du verre Pyrex associé au wafer de silicium pour la fabrication des microréacteurs. C’est pourquoi le deuxième axe de recherche développé au cours de cette thèse vise à explorer différents systèmes vitreux pour trouver une alternative au Pyrex. Le verre en question doit présenter le meilleur compromis entre les propriétés optiques, thermomécaniques et électriques visées. Ainsi, des verres à base de GeO₂ ont été développés pour répondre aux spécifications attendues, telle que le procédé de collage anodique utilisé pour fixer le verre au wafer de silicium. La composition vitreuse retenue pour les tests est 70GeO₂-15Al₂O₃-10La₂O₃-5Na₂O (%mol.). / Global warming due to the increase of greenhouse gas emissions is one of the main current challenges. In this context, the CO₂ storage in geological reservoirs appears as a likely way to limit the consequences of these emissions on the environment. For safety reasons, this management method requires continuous monitoring of the storage tanks by using IR sensors who can go down into the wells. The application of this technology also requires to know the CO₂ behavior during various storage steps, in particular when it is in its supercritical state. This is why microfluidics is currently used to simulate and understand the phenomena related to the injection and storage of CO₂ in supercritical form. The implementation of such approach requires: (i) the development of novel compact solutions for in situ continuous gas monitoring to secure the storage site and; (ii) a better understanding of the CO₂ behavior during the different storage steps.The first research axis of this thesis has consisted in developing vitreous active materials to increase the efficiency of optical CO₂ sensor (and eventually other gas like CH₄ or CO) for their continuous monitoring in saline aquifer storage sites. This sensor must be able to be deployed in depth and be sensitive to CO₂ concentrations below 1000 ppmv to quickly identify any leak. Chalcogenide glasses doped with specific rare earth ions may provide broadband luminescence that can be used to detect infrared signatures of all molecules whose absorption bands are located in the 3-5 μm spectral region. Glass compositions Ga₅Ge₂₀Sb₁₀(Se, S)₆₈ (mol.%) doped Pr³+ et Dy³+ have been developed in order to be integrated into a functional environmental CO₂sensor. The multi-sensing gas (CO₂, CH₄ et CO) potential of these materials has also been investigated. Current HP/HT microfluidic systems do not allow coupling FTIR and Raman spectroscopies. This problem is due to the using of Pyrex glass for the manufacture of these microreactors. That is why the second research axis developed during this thesis has consisted in exploring various vitreous systems to propose an alternative to the Pyrex glass. The target glass had to demonstrate the best compromise between the desired optical, thermomechanical and electrical properties. In this way, glasses based on GeO2 have been developed to meet these specifications, such as the anodic bonding process used to attach the glass on the silicon wafer. The glass composition selected after the completed studies is 70GeO₂-15Al₂O₃-10La₂O₃-5Na₂O (mol.%).

Tunable diode laser absorption spectroscopy using an external cavity diode laser operating in the infra-red has been developed to monitor CO2 in the freestream of the Longshot hypervelocity facility at the Von Karman Institute for Fluid Dynamics. The Longshot facility offers a unique European facility for ground testing and numerical validation applications, however, some of the traditional data rebuilding aspects are in question. A non-intrusive absorption<p>sensor could significantly aid in improving the knowledge of freestream static values thereby improving the models used in data rebuilding and numerical simulation. The design of such a sensor also expands the spectroscopic capabilities of the Von Karman Institute.<p><p>The absorption sensor is designed around the single P12 (00001)-(30013) rovibrational transition near 1.6µm (6218.09cm-1 specifically) which yields relatively weak direct absorption levels at about 3.5% per meter for typical Longshot freestream conditions. However, when handled carefully, adequate signal-to-noise can be acquired to exploit significant flow information. By being able to operate in this range, total sensor cost can be easily an a factor of two or more cheaper than sensors designed for the deeper infrared. All sensor elements were mounted to a compact portable optics bench utilizing single-mode optical fibers to allow for quick installation at different facilities by eliminating tedious optical realigning. Scans at 600Hz were performed over 20ms of the 40ms test time to extract core static temperature, pressure and velocity.<p><p>These results are compared with the current state of the Longshot data rebuild method. The non-uniform flow properties of the shear layer and test cabin rested gas accumulation was of an initial concern. The temperature and density gradients along with significant radial velocity components could result in DLAS temperature, pressure and velocity that are significantly different than that of the target freestream inviscid core values. Fortunately, with the proper selection of the P12 rotational number, this effect could be more or less ignored as the higher temperature and lower density gas of this region is relatively transparent.<p><p>Ultimately, acquired temperature and density were moderately accurate when compared to Longshot rebuilt results owing primarily to the baseline extraction which poses issues for such low absorption signals. However, the extracted velocity data are quite accurate. This is a definite puls for the sensor as the freestream enthalpy of cold hypersonic facilities is dictated primarily by the kinetic energy contribution. Being able to compare velocity gives insight to the level of vibration non-equilibrium in the flow. The velocity of the DLAS and the Longshot rebuild are quite close. This adds more weight to the argument that vibrational excitation is very low (if present at all) in the free stream and that the van de derWaals equation of state usage and constant specific heat assumption might be an adequate model for the data rebuild after all. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette étude visait à évaluer le potentiel de différentes stratégies d'aménagement forestier à réduire les émissions de CO₂ vers l'atmosphère. Une étude de cas a été réalisée au Québec, à la Forêt Montmorency, une sapinière boréale de l'est du Canada. Différents scénarios avec des variations dans les volumes récoltés ainsi que dans l'utilisation de la coupe partielle et de la plantation ont été modélisés afin d'évaluer les flux de carbone de l'écosystème forestier et des produits du bois récoltés (système Forêt-Produits). Nos résultats ont montré qu'à court (10 à 20 ans) et moyen terme (20 à 50 ans), une réduction des niveaux de récolte permet d'augmenter de manière importante le puits de carbone en forêt. La coupe partielle et la plantation sont des pratiques permettant d'augmenter la séquestration de carbone en forêt et réduire les émissions de CO₂ vers l'atmosphère. À long terme (plus de 50 ans), les stratégies de conservation de la forêt entrainent une séquestration moindre en forêt en raison d'une productivité forestière moindre. Les importantes émissions de gaz à effet de serre (GES) associées aux produits du bois suggèrent qu'une réduction des niveaux de récolte est souhaitable bien que cela peut réduire la séquestration à long terme en forêt. Les analyses de sensibilité ont montré qu'améliorer l'efficacité des scieries doit être une priorité; augmenter la proportion de produits du bois à longue durée de vie peut fortement réduire les émissions de GES. Ces analyses ont aussi révélé que les distances de transport entre la forêt et les usines de transformation ont un impact marginal sur les émissions totales du système Forêt-Produits. Notre étude souligne que les caractéristiques actuelles de la forêt ont un impact important sur les résultats. La poursuite de ce projet sur des forêts matures et avec l'inclusion des perturbations naturelles pourrait augmenter l'applicabilité des résultats à la forêt boréale du Québec. Les étapes suivantes devraient aussi inclure une analyse financière des différentes actions testées afin de fournir des estimations de coût d'atténuation par tonne de CO₂ évitée.