La production laitière est le deuxième système agronomique le plus contaminant, seulement derrière la production de viande bovine. Sur les fermes laitières, la fermentation entérique et la production de culture sont les principales sources de gaz à effet serre (GES). Donc les principales stratégies de réduction de GES sont: la diminution de la fertilisation aux champs et la manipulation des rations des vaches, qui permettent de diminuer les émissions de N2O et CH4, respectivement. L’objectif de ce travail de recherche était d’évaluer l’impact économique, agronomique et environnemental des stratégies de réduction de GES chez la ferme laitière. L’étude a été réalisée avec le modèle N-CyCLES, qui est un modèle de programmation linéaire qui permet de faire une évaluation des flux de nutriments sur la ferme et de leurs impacts sur les résultats économiques en considérant à la fois la gestion des champs (rotations de cultures, fertilisation), l’alimentation du troupeau et la gestion du fumier. Dans ce modèle, trois fermes laitières virtuelles ont été développées pour représenter les fermes typiques de trois régions du Canada: les Prairies, le Québec/Ontario, et les Maritimes. À cette fin, des bases de données de 166 fermes de la région des Maritimes, de 113 fermes de la région de Québec/Ontario et de 32 fermes de la région des Prairies, ont été utilisées. Dans la première étude, l’impact de diminuer la fertilisation de l’azote (N) dans les champs a été simulé. Pour réduit la quantité de fertilisant, l’ensilage de maïs (EM) a été remplacé par l’ensilage de millet perlé sucré (MPS) dans les trois régions et par le sorgho sucré (SS) seulement dans la région Québec/Ontario. Les résultats montrent que cette stratégie réduit la quantité de l’N utilisé aux champs, et ainsi les émissions de GES au niveau de la ferme qui ont diminué de 1 à 9 %. Cependant, la balance de N au niveau de la ferme s’est accrue avec le scénario MPS, mais a décliné avec le scénario SS. Par ailleurs, le bénéfice net de la ferme a diminué de 5 à 21 % en comparaison avec le scénario EM en utilisant le MPS ou le SS. Le deuxième projet a permis le développement d’une équation pour estimer la production de méthane (CH4) comme résultat de la fermentation entérique chez la vache laitière. Pour ce travail, une base de données de six expériences (18 traitements, 56 vaches laitières et 193 observations) a été créée. Dans les expériences, le CH4 a été mesuré dans des chambres métaboliques. Les caractéristiques des vaches (consommation de matière sèche [CVMS], production laitière [PL], gras du lait, protéine du lait et poids corporel [PC]) et de la ration (matière sèche [MS], matière organique [MO], protéine brute [PB], fibre au détergent neutre [NDF], fibre au détergent acide [ADF], énergie brute [EB], matière grasse [EE], gras non dégradable au rumen et amidon) ont été utilisées. L’équation finale (r=0.83, RMSE=40.03) a inclus la PL, gras du lait, protéine du lait, CVMS, PC, NDF, amidon et la différence entre EE et gras non dégradable au rumen. Cette équation, en comparaison avec l’équation de l’IPCC Tier2, permet une prédiction plus précise des émissions de CH4 de vaches laitières qui mangent une ration typique canadienne. Finalement, dans la troisième étude, les stratégies d’alimentation pour réduire les émissions de CH4 entérique ont été testées pour observer leurs impacts environnemental et économique au niveau de la ferme laitière. L’utilisation d’une ration de base avec de l’EM conventionnel a été comparée à la supplémentation avec des drêches de distillerie (DDGS), de l’huile de lin (LO) ou les deux toujours avec une ration utilisant l’EM conventionnel (CDL). En plus, la substitution de EM par l’ensilage de maïs Brown midrib (BMR) et l’ajout des deux suppléments précédents avec une diète à base de BMR (BDL)ont aussi été comparé. Dans tous les scénarios, la production de CH4 entérique a décliné, mais seulement les scénarios LO, BMR et BDL ont réduit les émissions de GES au niveau de la ferme, tandis que les stratégies avec DDGS et CDL ont accru les émissions de GES. Économiquement, tous les scénarios, sauf le DDGS, ont réduit le bénéfice net. Les résultats de ce travail montrent que les stratégies pour réduire les émissions de GES dans un secteur de la ferme laitière (champs, vache, fumier, entre autres) peuvent augmenter les émissions dans un autre secteur de la ferme. Par ailleurs, le revenu de la ferme décline avec la plupart des stratégies étudiées, ce qui pose problème pour l’adoption de ces stratégies par les producteurs. / Meat and dairy production are the first and second most polluting agronomic systems, respectively. In the dairy farms, the enteric fermentation and the crop production are the main sources of greenhouse gas (GHG) emissions. For this reason, the reduction of the fertilization and the dairy cows’ ration manipulation are the principal strategies used to decrease the N2O and CH4 emissions, respectively. The objective of this work was to evaluate the agro-environmental and economic impact of the strategies to decrease the GHG emissions of dairy production. For the study, the N-CyCLES model was used. It is a linear programming model in which three levels : agronomic, animal and economic are considered to find the best response (optimization) for a maximum net income or a minimum whole-farm balance of N or P; evaluating trade-offs between economic and environmental outcomes from mixed livestock-crop dairy systems. In the model, three virtual dairy farms were developed to represent the average farm of three regions of Canada: the Maritimes, Quebec/Ontario and the Prairies. For this, a data base from 166 farms of the Maritimes, from 113 farms of Quebec/Ontario and from 32 farms of the Prairies, was used. In the first study, the impact of a lower fertilization was simulated. To decrease the amount of fertilizer, the corn silage (CS) was substituted by sweet peal millet silage (SPM) in the three regions, and by sweet sorghum (SS) only in the virtual dairy farm of Quebec/Ontario. The results showed that the quantity of fertilizers declined with SPM and SS which decreased the total GHG emissions of the farm from 1 to 9 % as compared to CS. However, the N mass balance increased in the SPM scenario, but declined in the SS scenario. In addition, the farm net income (FNI) decreased from 5 to 21 % with SPM and SS in comparison with the CS scenario. In the second project, an equation to predict the enteric CH4emissions of dairy cows was developed. A database of 193 observations from 18 different treatments and 56 multiparous Holstein cows was created. In all experiments, enteric CH4 production was measured using individual respiration chambers. The dairy cows’ characteristics (dry matter intake [DMI], milk yield [MY], milk fat, milk protein and body weight [BW]) and diet characteristics (dry matter [DM], organic matter [OM], crude protein [CP], neutral detergent fiber [NDF], acid detergent fiber [ADF], gross energy [GE], ether extract [EE]and EE non-reactive in the rumen [rumen-inert fat] and starch) were used in a five-fold cross validation. The best-fit equation (r=0. 83, RMSE=40. 03) included MY, milk fat, milk protein, DMI, BW, NDF, starch and the difference between EE and Rumen-inert fat. This equation, in comparison with the IPCC Tier 2 equation allowed for a more accurate prediction of CH4 emissions from lactating dairy cows fed typical Canadian diets. Finally, in the third study, feeding strategies seeking to decrease enteric CH4 production were simulated to observe their agro-environmental and economic impact in the dairy farm. The supplementation with corn dried distillers grains with solubles (DDGS), with linseed oil (LO) or both in a CS-based diet (CDL), and the substitution of CS by brown midrib corn silage (BMR) or both supplements in a BMR-based diet (BDL) were simulated. The enteric CH4 emissions decreased in each scenario, but total GHG emissions declined only in the LO, BMR and BDL scenarios, whilst in the DDGS and CDL scenarios the emissions were higher than in the CS scenario, Economically, each scenario, except DDGS scenario, decreased FNI. The results of this study showed that the different strategies to decrease the GHG emissions of a sector of the dairy farm (cropland, cow, manure for instance) can increase the emissions in other parts of the dairy chain production. In addition, the FNI declined for most of them which can represent a problem for their adoption by the dairy farmers.

La perte d’énergie résultant du processus de regazéification du gaz naturel liquéfié (LNG1) est bien connue et plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour la récupérer. Toutefois, il n’existe pas de chartes pour aider à la conception de systèmes de production de puissance dans le contexte de regazéification du gaz naturel. L’objectif de ce projet est de créer des outils graphiques permettant de connaître la performance maximale de trois systèmes de production de puissance en contexte de regazéification du gaz naturel. Dans un premier temps, deux systèmes de production de puissance sont étudiés, soit le système d’expansion direct (DE) et le système de double expansion (D2E). Des modèles numériques d’optimisation ont été développés afin de maximiser le travail spécifique produit par ces systèmes, le tout pour une large gamme de conditions d’opération. Les nouvelles figures qui en résultent fournissent les valeurs maximales du travail spécifique produit, ainsi que les valeurs des variables de conception optimisées correspondantes (pressions à l’entrée des turbines). Finalement, des analyses de robustesse permettent de mesurer la capacité des systèmes DE et D2E à fournir de bonnes performances lorsqu’ils ne sont pas utilisés dans des conditions optimales. Dans un deuxième temps, un système de production de puissance basé sur un cycle de Rankine rejetant sa chaleur à du LNG est étudié. Des optimisations numériques sont effectuées afin d’obtenir le travail spécifique maximal produit par ce système et les résultats sont reportés sous forme graphique. Ces nouvelles figures fournissent les valeurs du travail spécifique maximal produit pour un large éventail de conditions d’opération, ainsi que les valeurs des quatre variables de conception optimisées correspondantes (pressions d’entrée et de sortie de la turbine, ratio de débit massique, et fluide moteur). De plus, une analyse sousoptimale est faite pour chaque fluide étudié ce qui permet d’identifier lesquels peuvent fournir une performance relative acceptable comparée aux fluides optimaux. / Energy losses occurring while liquefied natural gas (LNG) is regasified are well known in the literature and many methods to recover this energy can be used. However, there is no general guidelines that allow to identify the best designs for power generation systems using thermodynamic cycles in the context of regasification of natural gas. The main goal of this project is to develop graphical tools that allow to determine the maximum performance of three systems of power production in the context of natural gas regasification. First, two power generation systems are studied, namely the direct expansion system (DE) and the double expansion system (D2E). Numerical optimization models are developed to maximize the specific work of the systems for a wide range of operating conditions. The resulting figures provide the values of the maximal specific work and of the corresponding optimized design variables (inlet and outlet turbine pressures). Finally, robustness analyses are performed to measure the capacity of the DE and D2E systems to provide good performances when they are used in non-optimal conditions. Second, a Rankine cycle using regasifying LNG as a heat sink is studied. Numerical optimizations are performed to get the maximal specific work of the system and the results are reported in graphical form. These new figures provide the value of the maximal specific work for a wide range of operating conditions, and also the values of the four corresponding optimal design variables (inlet and outlet turbine pressures, mass flow rate ratio, and working fluid). Furthermore, a sub-optimal analysis is performed for each fluid investigated and the resulting figures allow to identify the fluids that can provide a performance close to the performance provided by the best fluids.

Le retour de chaleur est un phénomène bien reconnu pour entrainer le vieillissement prématuré et l’éventuelle défaillance des moteurs à combustion interne en condition post-arrêt. Les études de ces systèmes, plus particulièrement de la turbine à gaz, ont démontré la tendance de la chaleur à diffuser librement vers les sections, pièces et cavités (telle la chambre de combustion), plus froides du moteur, à partir du moment où les pièces rotatives s’immobilisent. Principalement composé de convection naturelle, le front de chaleur risque d’entrainer l’oxydation prématurée du carburant (cokage) demeuré dans les injecteurs supérieurs. Cette étude propose un modèle par mécanique des fluides numérique (MFN), capable de reproduire le retour de chaleur dans une chambre de combustion tubulaire modifiée, et d’évaluer ses conséquences sur le système de distribution de carburant. Le modèle numérique fera plus tard l’objet de validation par des tests expérimentaux, sur cette chambre équipée de masses complémentaires d’accumulation thermique. / Heat soak-back is a phenomenon observed in many thermal applications including internal combustion engines. Post shutdown studies of these systems, particularly gas turbines, have shown that a massive heat wave could diffuse in the engine causing potential damage. As moving parts in the engine immobilize, heat diffuses freely from hotter to colder sections, including cavities such as the combustor. Primarily composed of free convection, the heat front in the combustor may cause premature coking in the top dead center injectors as the buoyant hot air tends to reach the upper section of the combustor. The following investigation implies computational fluid dynamics (CFD) simulation in order to predict the thermal behaviour and magnitude of this soak-back phenomenon inside a modified can combustor test rig and its potential consequences on the fuel delivery system. The numerical model will eventually be validated using experimentations with this combustor equipped with complementary thermal accumulation masses.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'un des principaux procédés de soudage de l'aluminum est le soudage à l'arc sous gaz et métal (GMAW). Le soudage MIG (Metal Inert Gas) est un procédé de soudage à l'arc sous gaz et métal (GMAW) qui utilise une électrode à fil solide continu. Ce procédé est une technique polyvalente adaptée aux composants en tôle mince et à section épaisse. Le soudage MIG est un processus qui joint les métaux en chauffant les métaux de base et d'électrode à leurs points de fusion avec un arc électrique. L'arc se situe entre un fil d'électrode consommable continu et le métal à souder. La présente thèse est une tentative pour faciliter la mise en œuvre de GMAW sur des matériaux de forte épaisseur. GMAW implique de nombreux paramètres de processus, tels que le courant d'arc, l'épaisseur de la pièce et la géométrie de soudage, le fil-électrode, le diameter de l'électrode de l'électrode, la vitesse d'alimentation, le type de gaz de protection, la vitesse de déplacement, l'angle du pistolet, la distance entre la soudure et la buse, ainsi que les alliages sélectionnés pour le fil-électrode. Les principaux résultats sont une pénétration complète (pénétration à la racine la racine et sur les côtés), respectant la résistance à la traction ultime (UTS) et ayant une distorsion minimale. L'équipement qui a été proposé pour le soudage MIG est la soudeuse Miller Auto-axcess 450 implantée sur un robot Fanuc R-2000iA. La méthode de Taguchi a été utilisée pour la conception d'expériences et des modèles de réseaux de neurones artificiels ont été entraînés pour l'analyse des résultats d'expériences et l'optimisation. Les logiciels NX Nastran et Simufact sont des solveurs par éléments finis (FE) qui ont été utilisés. Dans cette recherche, les paramètres de soudage ont été optimisés pour une pénétration complète, une résistance maximale à la limite ultime (UTS) respectant les normes et une distorsion minimale pour différentes épaisseurs de matériaux (6,35 mm, 9,525 mm, 12,7 mm, 19,05 mm et 25,4 mm). Les échantillons soudés étaient faits AA6061- T6 préparés avec gorge en V de 60 degrés pour un assemblage abouté. Les paramètres ont aussi été trouvés pour les soudures allant jusqu'à 25.4 mm de profondeur et utilisant les modes multi-passes. En conséquence, une optimisation des paramètres basée sur des échantillons expérimentaux et des modèles ANN a été trouvée pour le soudage à l'arc sous gaz avec le mode Accu-Pulse de AA6061-T6 pour quatre épaisseurs de soudage différentes, telles que 6.35, 12,7, 19,05 et 25,4 mm d'angle de biseau avec 60 degrés et différents écarts à la racine et le nombre de passes à la racine. Pour que le matériau le plus épais, 25,4 mm, ait moins de distorsion (25,4 mm d'épaisseur), la séquence de la soudure a été définie et une bonne pénétration a été obtenue. / One of the main processes for welding aluminum is gas metal arc welding (GMAW). Metal Inert Gas (MIG) welding is a gas metal arc welding (GMAW) process that uses a continuous solid wire electrode, and this process is a versatile technique suitable for both thin sheet and thick section components. MIG welding is a process that joins metals by heating the base and electrode metals to their melting points with an electric arc. The arc is formed between a continuous, consumable electrode wire and the metal being welded. The current thesis is an attempt to make GMAW implementation on thick material easier. GMAW involves many process parameters, such as arc current, work piece thickness and welding geometry, wire electrode, electrode thickness, feed rate, type of shielding gas, travel speed, gun angle, distance between the weld and nozzle. The main requirements of the joint are full penetration (root and side penetration), respecting Ultimate Tensile Strength (UTS), and having minimum distortion. The equipment that has been proposed for MIG welding is Miller AutoAxcess450 welding machine implemented on a Fanuc R-2000A robot. The Taguchi method was utilized to design the trials, and artificial neural network models were trained for the analysis and optimization of the outcomes. NX Nastran and Simufact software are finite element (FE) solvers that have been used to do simulation and compare the results with experiments. In this research, it has been shown that the optimized welding parameters have full penetration, maximum UTS, and minimum distortion for different thickness materials (6.35 mm, 9.525 mm, 12.7 mm, 19.05 mm, and 25.4 mm) of aluminum 6061 samples in V-groove butt joint configuration, with 60 degree for the first pass. The welding parameters for multi-passes of thick material up to 25.4 mm have also been found. Gas Metal Arc Welding with the Accu-Pulse mode has been found to be best for welding aluminum 6061 with bevel angles of 6.35, 12.7, 19.05, and 25.4 mm, as well as root gaps and root passes of different lengths and widths. For the thickest material, 25.4 mm, to have less distortion the sequence of the weld has been defined and well-penetrated has been achieved.

Titre de l'écran-titre (visionné le 9 mai 2023) / La thèse suivante examine la conversion du CO₂ à partir d'énergie solaire en utilisant des photocatalyseurs, qui est considérée comme l'un des techniques les plus intéressantes pour résoudre les problématiques du réchauffement climatique et de la crise énergétique. Il convient de souligner que cette thèse propose trois nouveaux composites hybrides nanostructurés pour la réduction photocatalytique du CO₂. La récolte de la lumière, la séparation des charges et les réactions de surface sont des aspects critiques qui ont un impact énorme sur la photoréduction du CO₂. Les cadres organiques covalents (COF) sont des candidats appropriés pour ces processus car ils offrent des caractéristiques et des propriétés structurelles exceptionnelles. De nombreux photocatalyseurs nanostructurés sont activement développés pour la photoréduction du CO₂. Les nanostructures multidimensionnelles et les hétérostructures sont largement étudiées en raison de leurs excellents attributs tels que la séparation efficace et la longue durée de vie des porteurs de charges. De manière prometteuse, les nanostructures et les nanocomposites des cadres organiques covalentes avec le graphène et ses dérivés, les dichalcogénures métalliques et les matériaux plasmoniques présentent d'excellentes performances photocatalytiques, selon des études de la littérature. D'abord, un cadre organique covalente, à base de céto-énamine TpPa-1 et de nanofeuillets d'oxyde de graphène réduit (rGO en anglais), a été développé par la technique d'assemblage in situ pour la photoréduction du CO₂ sous la lumière du soleil. Les interactions covalentes entre TpPa-1 et le rGO ont facilité la formation des bandes avec le potentiel requis, ainsi qu'une séparation de charge améliorée et une migration rapide des porteurs de charges vers la surface pour la réduction sélective du CO₂. Le médiateur électronique [Co(bpy)₃]²⁺ a servi pour apporter sites actifs pour la coordination, l'activation et la réduction des molécules de CO₂ en CO. De plus, un cadre organique covalente (COF) nanosphérique creux à base de TpPa-1, intégrée à un atome unique de Co-1T-MOS₂ (TpPa-1/Co-1T-MOS₂), a été conçu et développé via une stratégie à double ligand pour ajuster le potentiel des bandes et améliorer la séparation des charges afin d'optimiser l'efficacité de la photoréduction du CO₂. Les interactions entre TpPa-1 et Co-1T-MoS₂ ont facilité et amélioré la séparation des charges ainsi que la migration des porteurs de charge vers la surface, ce qui a entraîné une conversion sélective du CO₂ en CO. Finalement, les nanoparticules plasmoniques Au adhérés à une structure organique covalente tridimensionnelle, à base de porphyrine creuse (COF-366-Co) et avec un atome unique de Co (COF-366-Co[indice (H)]/Au), augmentent considérablement l'efficacité de la photoréduction du CO₂. Le nanocomposite conçu utilise le transfert d'électrons énergétiques induit par le plasmon, une meilleure collecte de lumière et des réactions de surface facilitées pour conduire les réactions redox photocatalytiques. Le nanocomposite développé (COF-366-Co[indice (H)]/Au) a montré une activité prometteuse vis-à-vis de la réduction photocatalytique du CO₂ sous irradiation à la lumière visible, qui a produit CO à un taux allant jusqu'à ~1200 µmolg⁻¹h⁻¹ et avec une sélectivité de 98 % sur H₂. / The ensuing thesis examines the conversion of carbon dioxide (CO₂) to value-added chemical and fuels under solar light irradiation by employing some of the emerging photocatalytic materials known as covalent organic frameworks (COFs). This approach of photocatalytic process is considered to be one of the most viable remedies to global warming and energy crisis dilemmas. Importantly, this thesis delivers three novel nanostructured hybrid composites based on COFs for photocatalytic CO₂ reduction to value-added chemicals and fuels. Light-harvesting, charge separation, and surface reactions are critical aspects that have an enormous impact on CO₂ photoreduction. Covalent organic frameworks can be suitable candidates for these processes as they offer outstanding structural features and properties. Diverse nanostructured photocatalysts are actively being developed for CO₂ photoreduction. Multidimensional nanostructures and nanocomposite heterostructures are widely studied because of their excellent attributes such as efficient separation and long lifetime of the excited charge carriers. Promisingly, nanostructures and nanocomposites of the covalent organic frameworks with graphene and its derivatives, metal dichalcogenides and plasmonic materials exhibit excellent photocatalytic performance, according to the literature reports. In this investigation, a keto-enamine TpPa-1 covalent organic framework and reduced graphene oxide nanosheet nanocomposite are developed by an in-situ assembling technique. The covalent interactions between TpPa-1 and rGO facilitated the formation of band edges with required potential and thereby to achieve an improved charge separation along with rapid migration of charge carriers to the surface toward the selective reduction of CO₂. By the support of the electron mediator [Co(bpy)₃]²⁺ in the hybrid served as the active sites for the coordination, activation, and reduction of CO₂ molecules to CO. A hollow nano spherical TpPa-1 covalent organic framework (COF) integrated with single atom Co-1T-MoS₂ (TpPa-1/Co-1T-MoS₂) is further designed and developed through a dual-ligand strategy to tune the band edge potential and enhance the charge separation to improve CO₂ photoreduction efficiency of the system. The interactions between TpPa-1 and Co-1T-MoS₂ aided and enhanced the charge separation as well as charge carrier migration to the surface resulted in selective conversion CO₂ to CO. Au plasmonic nanoparticles adorned three-dimensional hollow porphyrin-based covalent organic framework with Co single atom (COF-366-Co[subscript (H)]/Au) is developed via dual-ligand strategy and post-synthetic metallization method and found that this system significantly boosted up the CO₂ photoreduction efficiency. It utilizes the plasmon-induced energetic electron transfer, enhanced light harvesting, and surface reactions to drive the photocatalytic redox reactions. The developed COF-366-Co[subscript (H)]/Au exhibited fine activity toward photocatalytic CO₂ reduction under visible light irradiation, which yielded the CO at a rate up to ~1200 µmolg⁻¹h⁻¹ with a selectivity of 98% over H₂.

L'objectif principal de ce travail était d'étudier la variabilité spatiale des mouvements de gaz dans le sol. Trois sous-objectifs ont été complétés: 1) le développement d'une méthodologie pour la mesure de la concentration des gaz dans le sol, 2) l'étude de la variabilité spatiale de la diffusion des gaz dans le sol à l' échelle de monolithes et, 3) l'étude de la variabilité spatiales des émissions de CO₂ à différentes échelles en lien avec plusieurs paramètres physico-chimiques du sol. Pour répondre au premier sous-objectif, plusieurs aspects méthodologiques ont donc été développés. 1) Une méthode d'analyse des gaz (C0₂, N₂0, CH₄ et O₂) a été mise au point sur un appareil portable de chromatographie en phase gazeuse. 2) Des tests de cinétiques 'et d' isothermes de sorption ont été réalisés afin de sélectionner le bouchon de fioles d' échantillonnage le plus adéquat pour l' entreposage des échantillons de gaz. 3) Des courbes de calibration ont été développées pour relier la teneur en eau volumique à la constante diélectrique d'un sol organique à l'aide de la réflectométrie temporelle. La teneur en eau étant nécessaire pour le calcul de la teneur en air du sol, important pour le mouvement de gaz. Les résultats associés au deuxième sous-objectif ont montré que 1) la variabilité des coefficients de diffusion relatifs des gaz dans le sol (Ds/Do) était très élevée avec des coefficients de variation atteignant jusqu'à 125 % dans un sable loameux et 56 % dans un sol organique; 2) la méthode de calcul de Ds/Do, la position des sondes à gaz et les processus d'échantillonnage de gaz dans le profil de sol ont influencé la variabilité apparente de Ds/Do; et 3) "la porosité du sol ainsi que sa teneur en air ont influencé la variabilité de Ds/Do. Ces paramètres à eux seuls n' ont pas permis d'expliquer l'ensemble des variations observées. D'autres facteurs tel que la macroporosité du sol (fissures, galeries de vers de terre) doivent être pris en compte. Les résultats associés au troisième sous-objectif, complété avec l'analyse de la variabilité spatiale multi-échelles multi-variée réalisée à partir de la méthode CRAD, ont montré 1) l'importance d'analyser les relations entre les émissions de CO₂ et les paramètres physico-chimiques à différentes échelles (non-spatiale et spatiales à grande et petite échelles), 2) les corrélations spatiales sont plus fortes lorsque la variable est analysée aux différentes échelles que lorsqu'elle est analysée avec sa distribution totale, 3) les paramètres physico-chimiques du sol les mieux corrélés aux émissions de CO₂ aux différentes échelles sont ceux en lien avec les paramètres gazeux du sol soit, les concentrations en O₂ et CO₂, Ds/Do et, la teneur en air du sol, 4) les paramètres physicochimiques du sol mesurés en profondeur (0.30 m) semblent présenter des corrélations plus fortes que les paramètres du sol mesurés en surface (0.15 m) et 5) seule une portion de la variation des flux de CO₂ semble explicable par la variation des paramètres physico-chimiques du sol aux différentes échelles et . donc, d'autres paramètres nonmesurés comme la macroporosité auraient des impacts importants sur la variabilité des émissions. L'ensemble des résultats de cette étude montre que la variabilité spatiale des paramètres physico-chimiques des sols, notamment ceux en lien avec les paramètres gazeux du sol, influence la variabilité spatiale des mouvements de gaz dans le sol et des émissions vers l'atmosphère. Cependant, les relations sont complexes et dépendantes de l'échelle d'analyse.

De nos jours, le développement de nouveaux matériaux capables de récolter la lumière solaire de manière efficace pour des applications photocatalytiques est un véritable défi pour la science. Par conséquent, les matériaux réticulaires qui agissent comme des blocs de construction, constitués de joints entre des lieurs organiques et des métaux, avec des propriétés plus adaptées à la photocatalyse, sont devenus encore plus attractifs. Cependant, conférer une fonctionnalité à ces matériaux avec un minimum de défauts cristallins, qui conduisent à une recombinaison de charge électron-trou, et une absorption maximale de la lumière reste un problème. Pour cette raison, différentes stratégies, comme le dopage, l'utilisation de cocatalyseur entre autres, ont été rapportées comme alternatives pour minimiser les problèmes mentionnés ci-dessus et par conséquent les désintégrations photocatalytiques. Néanmoins, les nanostructures de métaux nobles ont récemment montré des propriétés exceptionnelles d'absorption de la lumière, dans lesquelles des pairs électron-trous peuvent être générés et utilisés comme « porteurs de charges », qui améliorent l'activité photocatalytique sur les matériaux pour différentes applications. Les propriétés caractéristiques de ces nanostructures sont associées à l'effet des phénomènes de résonance plasmonique de surface localisée (LSPR en anglais). Les stratégies de préparation de matériaux plasmoniques pour les systèmes photocatalytiques sont très importantes pour améliorer les performances des réactions et les processus photocatalytiques souhaités. Des aspects critiques tels que la morphologie, la taille, les précurseurs chimiques entre autres doivent être pris en compte. Par exemple, l'utilisation du même métal avec une forme différente pourrait affecter ses performances photocatalytiques et déterminer son application. Ce document offre des preuves scientifiques intéressantes, dans le domaine de la photocatalyse, que les techniques d'ingénierie mentionnées ci-dessus sont cruciales pour le développement de matériaux à base de plasmons adaptés à la conversion du CO₂. Parmi ces preuves, des nanosphères d'or décorées à la surface d'un cadre d'imidazolate zéolitique (ZIF-67) ont montré un taux de génération de méthanol maximal de 1.6 mmol gcₐₜ⁻¹ h⁻¹ avec un rendement quantique apparent (AQY en anglais) de 6.4 %. Alors que les nanoparticules d'or en forme de nanotige ont doublé ce taux avec un AQY de 7.4 %. De plus, les nanoparticules d'or liées chimiquement avec des agents tensioactifs fonctionnels ont montré une amélioration significative des performances avec des taux de génération de 2.5 mmol gcₐₜ⁻¹ h⁻¹ en utilisant des charges métalliques inférieures et un AQY de 3.7 %. Alors qu'il existe un nombre croissant de rapports sûr de nouveaux matériaux réticulaires nanocomposites pour les processus photochimiques; les rapports de matériaux plasmoniques sur la chimie réticulaire sont encore rares. Par conséquent, ce rapport fournit un aperçu approfondi des différents concepts liés aux matériaux plasmoniques et à leurs applications sur les matériaux réticulaires afin d'identifier leurs opportunités et leurs défis sur la photocatalyse pour de futures considérations industrielles. / Nowadays the development of novel materials that can harvest solar light in an efficient way for photocatalytic applications is a real challenge for science. Therefore, reticular materials that act as building blocks, consisting of joints between organic linkers and metals, with properties more suitable for photocatalysis, have become even more attractive. However, imparting functionality to these materials with minimum crystalline defects, that lead to electron-hole charge recombination, and maximum light absorption is still an issue. For that reason, different strategies like doping, and usage of co-catalyst among others have been reported as alternatives to minimize the above-mentioned problems and consequently photocatalytic decays. Nevertheless, noble metal nanostructures have recently shown exceptional light absorption properties, in which electron-hole pairs can be generated and used as "charge-carriers", that enhance photocatalytic activity on materials for different applications. The characteristic properties of these nanostructures are associated with the effect of localized surface plasmonic resonance phenomena (LSPR). The strategies for the preparation of plasmonic materials for photocatalytic systems are highly crucial to achieve improvement in the performance of desired photocatalytic reactions and processes. Critical aspects such as morphology, size, and chemical precursors among others must be considered. For example, the use of the same metal with a different shape could affect its photocatalytic performance and determine its application. This document offers interesting scientific evidence, on the field of photocatalysis, that above-mentioned engineering techniques are crucial for the development of plasmon-based materials suitable for CO₂ conversion. Among this evidence, gold nanospheres decorated on the surface of zeolitic imidazolate framework (ZIF-67) showed a maximum methanol generation rate of 1.6 mmol gcₐₜ⁻¹ h⁻¹ with an apparent quantum yield (AQY) of 6.4%. While nanorod shape gold nanoparticles doubled this rate with an AQY of 7.4%. Furthermore, chemically bonded gold nanoparticles with functional surfactant agents showed a significant improve on the performance with generation rates of 2.5 mmol gcₐₜ⁻¹ h⁻¹ using lower metal loadings and AQY of 3.7%. While there is a growing number of reports of novel nanocomposite reticular materials for photochemical processes; reports of plasmonic materials on reticular chemistry are still scarce. Therefore, this report provides a brief overview and profound insight into different concepts related to plasmonic materials and their applications on reticular materials to identify their opportunities and challenges in photocatalysis for future industrial considerations.

L'objectif du projet de recherche est d'identifier les biocarburants les plus prometteurs pour une utilisation dans les turbines à gaz actuelles réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre. Cette étude examinera le fonctionnement d’une chambre de combustion tubulaire lors de tests d’opérabilités (démarrage à froid et rallumage en haute altitude) en déterminant les ratios carburant-air minimum et maximum. Pour évaluer leur rendement de combustion par rapport à ces conditions d’opérabilités, les enveloppes d’allumages sont obtenues pour sept nouveaux mélanges de biocarburants obtenus à partir de la caméline ou du jatropha mélangé avec du Jet A-1 et diverses teneurs en aromatiques comparées au carburant de référence soit le Jet A-1. Ces nouveaux mélanges de biocarburants ont été sélectionnés en fonction de la durabilité de l’approvisionnement et du potentiel de réduction des émissions. En général, le projet a démontré que les mélanges de biocarburants de deuxième génération sont des carburants alternatifs viables au pétrole actuel apportant également des avantages environnementaux et pouvant être produits en grandes quantités sans impact majeur sur la chaîne d'approvisionnement alimentaire. / The objective of the proposed research is to identify the most promising drop-in biofuels for use in aircraft gas turbines and their potential to reduce greenhouse gases. This investigation reviews proper engine operability (cold start and altitude relight) and allows determining the minimum and maximum fuel-air ratios for these conditions. To evaluate their relative combustion performance, cold start and altitude relight maps are obtained for seven new biofuel blends obtained from camelina or jatropha mixed with Jet A-1 fuel with various aromatic contents and compared to Jet A-1 as the baseline fuel. These new biofuel blends were selected based on sustainability of supply and potential for reduction of emissions. In general, the project demonstrated that at least second generation biofuel blends are viable alternative fuels to the current petroleum based that can also bring environmental benefits and can be producible in large quantities without impacting the food supply chain.

Les avancées en matière d’instrumentation astronomique permettent maintenant d’obtenir simultanément des millions de spectres sur toute l’étendue d’une galaxie et ce, avec une excellente résolution spatiale et spectrale. Avec une haute résolution spatiale, on constate, entre autres, qu’un très grand nombre de régions HII au sein des galaxies proches baignent dans une composante d’émission associée, de façon générale, à un gaz ionisé diffus (GID). De telles observations remettent en question nos théories sur l’interprétation des raies d’émission pour la détermination des paramètres du gaz et des populations stellaires associées aux régions HII. Pour étudier le GID, j’ai analysé des données obtenues avec le spectrographe à champ intégral OASIS du centre de la galaxie spirale barrée NGC 5430. Le code GANDALF a été utilisé pour séparer dans les spectres la composante nébulaire et stellaire. Une étude de l’émission du gaz et des divers rapports de raies a été effectuée pour les régions HII et les régions dominées par le GID. Les résultats montrent qu’en effet, le GID peut vraiment provoquer des erreurs dans les diagnostics des régions HII à cause des rapports de raies élevés qui le caractérisent. Pour estimer cet effet, j’ai soustrait une composante diffuse représentant le GID à l’ensemble des spectres. Après cette correction, j’ai obtenu des rapports de raies plus faibles d’en moyenne 5% et 25% pour [NII]/Hα et [SII]/Hα respectivement. Un plus grand nombre de pixels montrent des rapports de raies propres aux régions HII après la correction. Les âges des populations stellaires des deux régions HII dominantes du centre galactique que j’ai trouvé à l’aide des largeurs équivalentes des raies d’émission Hα et Hβ sont de 5:80±0:15 Ma et 4:90±0:25 Ma. Le même âge a été trouvé pour les cas sans et avec correction pour le GID, en partie parce que le GID a un effet complémentaire sur le calcul de l’extinction. J’ai aussi comparé le comportement du GID dans la galaxie NGC 5430 avec celui du groupe compact de galaxies HCG 31, un objet présentant des conditions physiques complètement différentes. / Advances in astronomical instrumentation allow us to obtain millions of spectra simultaneously over the entire extent of a galaxy with an excellent spatial and spectral resolution. With a high spatial resolution, we find that a large amount of HII regions are surrounded by a component associated to a diffuse ionized gas (DIG). Such observations question theories on the interpretation of emission lines to determinate the parameters of the gas and stellar populations associated to HII regions. To study the DIG, I analyzed data from the integral field spectrograph OASIS of the spiral galaxy NGC 5430. GANDALF software has been used to isolate nebular emission from the stellar absorption. A study of the gas emission and line ratios has been done for HII regions and regions dominated by the DIG. Results show that the DIG can influence diagnosis of HII regions because of strong line ratios that characterize the DIG. To correct this effect, I subtracted a diffuse component representing the DIG in all spectra. After this correction, I obtained weaker line ratios for [NII]/Hα and [SII]/Hα by 5% and 25%, respectively. More pixels show an HII region behavior afterwards. The ages of stellar populations associated to the two main HII regions in the galaxy center, found with the equivalent width of the emission lines Hα and Hβ, are 5:80 ± 0:15 Myr and 4:90 ± 0:25 Myr. The same age is found for cases with and without correction for the DIG, because the DIG has a complementary effect on the calculation of the extinction. I also compared the DIG behavior in NGC 5430 and in the compact group of galaxies HCG 31, an object showing completely different physical conditions.

L’épitaxie par jet chimique (ÉJC) est une méthode de fabrication de semi-conducteur qui permet d’amener à un volume de production des matériaux de pointes qui sont normalement limités aux réacteurs d’épitaxie par jet moléculaire (ÉJM). L’un des aspects à améliorer des réacteurs ÉJC est le faible pourcentage de gaz injecté, autour de 5 %, qui atteint le substrat afin de participer à la croissance du semi-conducteur. Mais comment améliorer l’efficacité d’injection des gaz de ces réacteurs? Tout d’abord, il a été possible d’adapter un outil de modélisation de performances d’injecteur afin de développer un nouveau concept. Cet outil a été validé par un prototype simplifié à l’intérieur d’une chambre d’essai équipée d’instruments de caractérisation. Par la suite, il y a eu la conception d’un injecteur optimisé, la conception d’un système d’assemblage, la conception d’un système de gestion de température et finalement, la validation expérimentale de tous les systèmes. Avec des efficacités d’injection d’environ 29 % pour les réactifs du groupe III et de 37 % pour le groupe V, ce projet permet de réaliser un réacteur améliorant l’efficacité d’injection, le taux de croissance, les coûts de production et diminuant les rejets chimiques. La non-uniformité d’injection est pour sa part en dessous des objectifs fixés avec 13 % pour le groupe III et de 24 % pour le groupe V. L’efficacité d’injection est définie comme étant le pourcentage de molécule injectée atteignant directement le substrat. La non-uniformité est définie comme étant le ratio entre l’écart-type du flux de gaz sur le substrat et l’intensité la plus faible atteignant celui-ci. Ce projet a permis de valider ou d’écarter plusieurs hypothèses initiales permettant ainsi d’améliorer les outils de simulations et de conceptions d’injection du laboratoire. La croissance sans rotation s’est avérée possible en atteignant des performances similaires à celles obtenues avec rotation. Pour ce qui est de la gestion de la température, les résultats étaient similaires aux simulations. Cependant, les températures des parois n’ont pu respecter les objectifs, car la température de croissance a été sous-évaluée. Finalement, ce projet, par le succès du nouveau réacteur LÉA, pourra influencer l’avenir de l’industrie de fabrication dans le domaine du vide, des semi-conducteurs et des matériaux réfractaires au Québec.