Les rivières et ruisseaux, particulièrement dans la zone boréale, sont reconnus comme étant des sources importantes de dioxyde de carbone (CO2) vers l'atmosphère. Toutefois, leur contribution aux émissions de méthane (CH4) a été peu explorée et la sensibilité de ces émissions fluviales de gaz à effet de serre (GES) face aux changements climatiques n'a pas encore été déterminée. Dans cette étude, nous quantifions les émissions fluviales de CO2 et de CH4 à l'échelle régionale dans deux régions de la plaine boréale québécoise. Nous explorons par la suite la réaction potentielle de ces émissions face à divers scénarios prédits de changements climatiques. Toutes les rivières étaient largement sursaturées en CO2 (de 1.5 à 33 fois) et en CH4 (de 13 à 16 000 fois) par rapport à l'atmosphère et les émissions de CH4 contribuaient à 33% des émissions annuelles de GES. Des modèles empiriques régionaux ont par la suite démontré que l'augmentation prédite de température et de vélocité de l'eau, ainsi que de la concentration en carbone organique dissout (COD), pourront mener à une augmentation significative des émissions fluviale de GES, principalement causée par une hausse marquée des émissions de CH4. Contrairement aux paradigmes actuels, nous avons démontré que les réseaux fluviaux de la zone boréale agissent comme des sources importantes de CH4 vers l'atmosphère, lesquelles risquent d'être amplifiées sous l'effet du réchauffement climatique global. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Dioxyde de carbone, méthane, gaz à effets de serre, concentration, flux, émission, rivières, ruisseaux, réseaux fluviaux, réchauffement et changements climatiques.

En utilisant les données des comptes industriels canadiens et en construisant une base de données sur les politiques gouvernementales existantes, nous évaluerons l'impact des politiques énergétiques et environnementales sur la consommation d'énergie et sur l'émission de polluants d'origine industrielle. Nous estimerons économétriquement la demande d'énergie par type d'énergie (pétrole, électricité, mazout et autres) ainsi que la production de pollution en conformité avec la théorie économique de façon à quantifier l'impact des décisions gouvernementales en matière énergétique et environnementale pour chacun des secteurs industriels et pour chacune des provinces canadiennes. Nos résultats indiquent que les politiques n'ont aucun impact sur plusieurs secteurs de l'activité économique et que pour les autres cet impact est mineur voire négligeable. Par contre, la politique représentant une partie des budgets attribué au CRSNG, semble être en mesure de stimuler la consommation des divers ressources énergétiques et autres inputs. De plus, cette politique et la politique environnementale restreignent légèrement les émissions de GES du secteur d'hébergement et de service de restauration, par contre, ces mêmes politiques ont plutôt tendance à augmenter les émissions de polluant et la production des secteurs de la construction et de la fabrication. ______________________________________________________________________________

Thèse (D. en sciences de l'environnement)--Université du Québec à Montréal, 2006. / En tête du titre: Université du Québec à Montréal. Comprend des réf. bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Dans ce travail, un prototype de turbine activée par une décharge d’air comprimé a été produit et testé pour trouver sa géométrie optimale, et ce, sur la base d'un modèle thermodynamique. Un dispositif expérimental, a été spécialement conçu pour tester la turbine. Il comprend un système de piston et de valves servant à charger un réservoir d’air comprimé, ainsi qu'une valve de fin de course servant à déclencher la décharge du réservoir à travers la turbine. L'appareil expérimental permet la mesure directe de la pression et de la température dans le réservoir et utilise un système d'acquisition de données basé sur LabVIEW. Pour assurer une mesure précise de ces paramètres, des thermocouples à réponse rapide et des capteurs de pression sont utilisés. Le modèle thermodynamique de charge et de décharge d'un réservoir est déterminé par un processus polytropique afin de prévoir la pression et la température de l’air à l'intérieur du réservoir. De plus, l’influence des paramètres de la turbine, tels que la vitesse angulaire initiale de l’arbre de la turbine et les bords avant ou arrière des aubes du rotor et du stator, a été étudiée en fonction de ses performances. Les résultats montrent que la turbine avec une vitesse angulaire initiale peut fournir un rendement supérieur à chaque impulsion. De plus, la plus grande vitesse angulaire initiale de la turbine contribue à une puissance plus élevée. En outre, les angles appropriés peuvent limiter la probabilité de séparation sur la trajectoire du mouvement du fluide.

Dans ce travail, on étudie la conception de membranes à base de polyimide et des membranes à matrices mixtes pour la séparation du mélange de gaz CO2/CH4. Une première série de membranes était entièrement constituée de polyimides. La synthèse et la fabrication des membranes a permis l'optimisation des propriétés de transport comme la perméabilité et la sélectivité pour les gaz purs et les mélanges gazeux. Par la suite, les propriétés de transport de gaz des membranes homo-polyimide (6FDA-ODA) et co-polyimides (6FDA-ODA/TeMPD) ont été étudiées pour différents rapports molaires de diamines (ODA et TeMPD). La perméabilité et le facteur de séparation en fonction de la fraction molaire de CO2 dans l'alimentation sont rapportés. Ensuite, les propriétés des membranes de polyimides (6FDA-ODA et 6FDA-ODA/TeMPD) réticulé par l'APTMDS sont rapportées en fonction du temps d'immersion ou de la concentration d'APTMDS. Dans ce cas, les résultats montrent que la performance des membranes 6FDA-ODA modifiées est au-dessus de la courbe limite supérieure de Robeson et que les membranes modifiées peuvent supporter des pressions assez élevées car la plastification est pratiquement éliminée. Finalement, des membranes composites sont produites en se servant de zeolites et de MOF comme phase dispersée dans le polyimide à base de 6FDA-ODA. La zéolite FAU/EMT greffée par l'aminopropyl méthyle éthoxysilane dans des solvants de polarités différentes et plusieurs types de MOF tels que MIL-53 et UIO-66 fonctionnalisés par des groupements amine sont étudiés. Les résultats montrent que les performances des MMM à base de 6FDA-ODA avec 25% poids de zéolite et différentes concentrations de A1-MIL-53-NH2 sont excellents pour la séparation CO2/CH4. Une étude détaillée de la relation entre les propriétés des membranes MMM et leur morphologie, selon leurs interactions avec l'aminé greffée sur la phase inorganique et l'agent de reticulation, est aussi rapportée.

L’objectif du mémoire est de montrer que le projet de la Route bleue de Gaz Métro visant le développement du transport lourd au gaz naturel est un exemple concret de marché biface. Ce type de marché se distingue par la présence d’une entreprise qui, pour vendre son produit, doit s’assurer de l’intérêt de deux clientèles distinctes. La possibilité pour l’entreprise d’appliquer une tarification différenciée pour chacune de ces clientèles constitue une stratégie caractéristique des marchés bifaces. Pour vendre du gaz naturel comme carburant, Gaz Métro doit s’assurer de l’intérêt des compagnies de transport, mais aussi de l’intérêt des investisseurs en infrastructure de ravitaillement. Dans ce mémoire, nous adaptons le modèle théorique de Rochet et Tirole (2006) au cas spécifique de la Route bleue. Reconnaître la Route bleue comme un marché biface permet d’étudier sous un angle nouveau les stratégies économiques utilisées par Gaz Métro pour faire de son projet une réussite.

L'efficacité énergétique limite la croissance de la consommation d'énergie tout en réduisant les externalités négatives liées à la consommation d'énergie à l'échelle planétaire. C'est une solution aux défis environnementaux et énergétiques auxquels nous faisons face aujourd'hui. Actuellement, il n'existe pas de consensus quant à la manière d'estimer les gains en efficacité énergétique : la méthode utilisée dépend du but de la recherche et des données disponibles. Dans ce mémoire, nous estimons les tendances d'épargne de consommation de gaz naturel réalisées par l'efficacité énergétique des ménages québécois clients d'Énergir. Pour ce faire, nous utilisons des modèles économétriques linéaires sur des données de panel de consommation de gaz naturel des clients d'Énergir. Le coefficient de la tendance temporelle est considéré comme l'estimateur de l'efficacité énergétique. Une variable de tendance temporelle est parfois intégrée dans les modèles énergétique dans la littérature comme proxy pour les progrès techniques. Nos résultats indiquent que l'amélioration de l'efficacité énergétique permet des économies annuelles en consommation de gaz naturel de 0,72 % pour le chauffage et 2,97 % pour les autres emplois. Les régions géographiques, les volumes de gaz naturel consommés et les cohortes de construction ont une incidence sur ces tendances en efficacité énergétique. La superficie des habitations a peu d'impact sur l'efficacité énergétique. Nous avons également détecté un ralentissement de la tendance en efficacité énergétique pour la consommation de chauffage. Depuis 2013, 0,53 % d'économies de gaz naturel sont réalisées annuellement par cette utilisation finale. En conclusion, nous recommandons l'utilisation de la méthode et des résultats pour l'utilisation finale du chauffage. Pour les autres utilisations finales, nous ne recommandons pas l'utilisation de la méthode et des résultats. La fiabilité de ces estimateurs est trop faible.

Des simulations numériques tridimensionnelles ont été réalisées pour évaluer les impacts de la migration de méthane en provenance de puits de production abandonnés dans des aquifères peu profonds. Les modèles conceptuels considérés impliquent la migration et la dissolution de méthane gazeux dans les eaux souterraines, la biodégradation du méthane (CH4) dissous dans des conditions anaérobies et aérobies et la production de sulfure (HS-). Les écoulements multiphases d’eau et de méthane et le transport réactif du méthane en milieu poreux sont simulés par les modèles numériques DuMux et BIONAPL/3D respectivement. Tout d’abord, l’impact de la migration de méthane dans un aquifère confiné peu profond en Alberta est évalué. Par la suite, un cas de contamination hypothétique d’un aquifère libre peu profond basé sur le site de Borden en Ontario est considéré. Dans le premier scénario, les simulations montrent que des taux d’oxydation du méthane compris entre 1×10-5 et 1×10-3 kg/m3/j associés à des débits de gaz de 2 à 20 m3/j appliqués pendant 2 ans à la base de l’aquifère permettent de reconstituer les concentrations en CH4 observées sur le terrain. Dans le cas le plus réactif, les concentrations en CH4 atteignent la limite de 10 mg/L après 5 ans alors qu’une concentration maximale en HS- de 142.5 mg/L est atteinte après 2 ans. Dans le second scénario, l’étendue du panache de méthane est beaucoup plus faible que dans le premier scénario et les taux d’oxydation élevés du méthane en conditions aérobie permettent une consommation rapide du CH4. La production de HS- est également moins importante. Les résultats obtenus suggèrent que l'aquifère libre considéré est moins vulnérable à la migration de méthane que le cas confiné. L’acquisition de connaissances sur les caractéristiques physicochimiques des aquifères est nécessaire pour appréhender les impacts de la migration de gaz dans les eaux souterraines.

Les problématiques de l’énergie et de l’environnement sont un des principaux défis pour l’humanité au XXIème siècle. La croissance mondiale de la demande d’énergie est confrontée aux préoccupations environnementales (y compris la pollution, le réchauffement climatique et la réduction des émissions de CO2), en particulier dans les régions en croissance économique rapide comme l’Asie. Le transfert de l’utilisation des sources d’énergies traditionnelles comme le charbon, le pétrole, vers les sources d’énergie plus propres et des énergies renouvelables est une tendance inévitable à l’avenir. Dans le contexte actuel, le gaz naturel est considéré comme une source d’énergie propre qui jouera un rôle important dans le processus de transition énergétique vers une économie bas-carbone. Les conséquences pour les marchés de gaz naturel peuvent être considérables. La condition d’une telle évolution est de disposer d’une offre en gaz naturel importante. Le développement du gaz non conventionnel, en particulier le gaz de schiste, fournit une opportunité d’expansion de l’approvisionnement gazier mondial comme le montre la « révolution du gaz de schiste » aux États- Unis. Celle-ci a profondément modifié les marchés gaziers régionaux. Toutefois, cette « révolution » n’est guère reproductible à d’autres régions du monde. Cette thèse démontre en particulier qu’en dehors des facteurs géologiques, des conditions institutionnelles (fiscalité, droits de propriété), économiques (prix, technologies) et organisationnelles (libéralisation des marchés) sont nécessaires pour assurer un développement à grande échelle des ressources non conventionnelles. Cette thèse montre que ces conditions ne sont pour la plupart pas réunies ni en Europe ni en Asie (notamment en Chine). Dès lors, une transition par le gaz pour répondre aux enjeux climatiques en Asie se fera par la voie des importations et non par une production propre à la région. A partir de trois scénarios du modèle POLES basés sur des hypothèses de politique climatique, de développement du gaz de schiste et d’augmentation rapide de la demande de gaz dans le mix énergétique, en particulier en Asie, deux principales conclusions émergent. Tout d’abord, l’importance du développement des gaz de schistes aux USA, leur bas coût de production induisent au niveau mondial une offre de gaz abondante et compétitive par rapport à d’autres énergies notamment par rapport au charbon. Par conséquent, même sans politique climatique, les conditions sont réunies pour que la part du gaz naturel puisse croître dans le mix énergétique. Deuxièmement, une politique climatique affirmée a des effets contradictoires quant à l’importance du gaz naturel dans les mix énergétiques des pays asiatiques. D’un côté elle permet une pénétration plus importante du gaz naturel dans leur mix énergétique. Mais dans le même temps, limitant la demande d’énergie, les volumes de gaz naturel demandés ne sont que légèrement plus importants que dans des scénarios sans politique climatique. / Energy and environmental issues are one of the main challenges for humanity in the 21st century. Global growth in energy demand links to environmental concerns including pollution, global warming and reduction of CO2 emissions. In particular, it is an urgent request in rapidly growing developing regions such as Asian countries. Using cleaner energy sources, renewable energy instead of traditional energy sources like coal and oil is an inevitable option in the future. In the current context, natural gas is seen as a clean energy source which plays a major role in the energy transition process towards a low-carbon economy. The consequences for natural gas markets are significant and the condition of this change is an abundant supply of natural gas. The development of unconventional gas, particularly shale gas, provides an opportunity to expand the global gas supply. This is illustrated by the “shale gas revolution” in US which has profoundly changed the regional gas markets. However, this "revolution" is hardly reproducible in other regions of the world. This thesis demonstrates particularly that apart from geological, institutional conditions (taxation, property rights), economic (prices, technologies) and organizational (free markets) are necessary for a large scale development of unconventional resources. This research also shows that most of these conditions are not met in Europe or Asia (especially in China). Therefore, an energy transition by natural gas to meet climate challenges in Asia will be solved through imports, rather than through regional production. From three scenarios of the POLES model based on assumptions about climate policy, shale gas development and rapid increase of demand for gas in the energy mix (particularly in Asia), two main conclusions emerge. The developments of shale gas with low cost in the USA make the global gas supply abundant and more competitive than other energies, particularly coal. Therefore, even without climate policy, the conditions are ripe for the increaseof natural gas proportion in the energy mix. Secondly, a strong climate policy has contradictory effects on the relative share of natural gas in the Asian energy mix. On the one hand, it allows natural gas larger penetration into the energy mix of Asia. But at the same time, with limitation of energy demand, requested natural gas volumes are only slightly higher than in scenarios without climate policy.

Les clathrates organiques, particulièrement ceux formés entre l’hydroquinone (HQ) et les gaz, sont des entités supramoléculaires montrant un potentiel intéressant comme matériau alternatif pour les applications de stockage et de séparation de gaz. Cette étude traite de l’évaluation du clathrate d’HQ pour la séparation du CO2 contenu dans les mélanges CO2/CH4 par réaction gaz-solide. D’un point de vue fondamental, différentes propriétés des clathrates d’HQ-CO2, -CO2/CH4 et -CH4 ont été analysées: signatures spectroscopiques, structures cristallines, morphologies, capacités de stockage de gaz, températures de relargage de gaz et températures de transition structurales. Ce travail offre aussi de nouveaux éléments de compréhension des mécanismes de formation et de dissociation des clathrates d’HQ. Il est montré que, pour capturer efficacement et sélectivement le CO2, la réaction d’enclathration doit être faite en utilisant l’intermédiaire « clathrate vide » formé à partir du clathrate d’HQ-CO2. D’un point de vue pratique, les courbes d’équilibre, les enthalpies de dissociation, et les occupations dans les conditions d’équilibre ont été déterminées pour les clathrates d’HQ-CO2 et -CH4 dans une gamme étendue de température allant de 288 à 354 K. De plus, la cinétique de la réaction d’enclathration a été étudiée expérimentalement et modélisée. Dans cette optique, un matériau composite à base d’hydroquinone a été développé, et permet de capter et stocker le gaz de manière réversible, et d’améliorer significativement la cinétique d’enclathration. Le procédé de séparation de gaz basé sur la formation du clathrate d’hydroquinone a aussi été étudié. L’influence des paramètres opératoires (i.e. temps de réaction, pression, température et composition du gaz d’alimentation) sur la cinétique de capture, la sélectivité et la capacité de stockage de gaz ont été évaluées à travers des expériences menées à l’échelle pilote. / Organic clathrate compounds, particularly those formed between hydroquinone (HQ) and gases, are supramolecular entities recently highlighted as promising alternatives for applications such as gas storage and separation processes. This study deals with an evaluation of the HQ clathrates to separate CO2 from CO2/CH4 gas mixtures through direct gas-solid reaction. On the fundamental point of view, new insights into several properties of the CO2-, CO2/CH4-, and CH4-HQ clathrates were studied: spectroscopic signatures, crystal structures, morphologies, gas storage capacities, guest release temperatures and structural transition temperatures. This work also offers new elements of understanding HQ clathrate formation and dissociation mechanisms. It is shown that, for capturing CO2 the most selectively and efficiently, the enclathration reaction has to be done with the “guest-free intermediate” derived from the CO2−HQ clathrates. On a practical point of view, the equilibrium curves, the dissociation enthalpies, and the occupancies at the equilibrium clathrate forming conditions, were determined for the CO2- and CH4-HQ clathrates in an extended range of temperature from about 288 to 354 K. Moreover, the kinetics of the gas-solid enclathration reaction were studied experimentally and modelled. In this way, HQ-based composite materials were developed and allows to reversibly capture and store gases, and to significantly improve the enclathration kinetics. The hydroquinone clathrate based gas separation (HCBGS) process was also investigated. The influence of the process operating parameters (i.e. reaction time, pressure, temperature and feed gas composition) on the CO2 capture kinetics, the selectivity toward CO2, and the storage capacity were assessed through experiments performed at pilot scale.