Ce mémoire vise à définir et quantifier les émissions de gaz à effet de serre (GES) émises par le réseau de transport logistique de notre partenaire industriel. En parallèle, nous détaillons plusieurs scénarios d'optimisation possibles afin de réduire son empreinte carbone. Cela se fait par optimisation mathématique, par laquelle les déplacements entre l'entreprise et ses différents partenaires, de l'approvisionnement à la livraison au client final, pour différents types de produits et différents transporteurs avec différents types de véhicules sont considérés. Plus précisément, notre objectif est de décrire et de représenter la différence entre la situation actuelle et la solution obtenue en optimisant le réseau en termes de distance parcourue, de GES émis, de consolidation des livraisons ainsi que de production et de stocks nécessaires. Suite à l'analyse quantitative et qualitative des résultats, nous sommes en mesure de fournir de nombreuses suggestions d'amélioration à l'entreprise en ce qui concerne la gestion de son transport interne et externe. Un certain nombre d'indicateurs de performance clés sont également évalués, les plus importants étant l'inventaire et le nombre de voyages effectués. Ceux-ci sont considérablement réduits dans notre scénario optimisé. Pour garantir des résultats commerciaux optimaux, nous proposons un modèle de résolution en deux étapes comprenant une modélisation mathématique du problème suivie d'une amélioration manuelle de la solution. De plus, les méthodes de calcul utilisées pour mesurer les émissions de GES sont basées sur la distance parcourue ainsi que sur la capacité utilisée de chaque véhicule, attribuant ainsi l’utilisation du véhicule à l’entreprise (tandis que la capacité restante est utilisée par d’autres compagnies lorsque le transporteur consolide ses opérations). Cela nous permet d'estimer les émissions générées même lorsque la construction des routes de différents transporteurs n'est pas exactement connue. La coordination, la consolidation et la synchronisation des différents voyages liés aux activités de l’entreprise nous ont permis de réduire les émissions de GES jusqu’à 23%, soit 3,438.64 tonnes de CO2e économisées sur une base annuelle, soit 2,733,354 km. De plus, nos observations des résultats ont mis en évidence une multitude de recommandations concernant l’utilisation des transporteurs, la réduction des stocks et le contrôle des flux de transport au sein de l’entreprise. / This thesis aims to define and quantify the greenhouse gas (GHG) emission emitted by our industrial partner’s logistics transportation network. Next to that, we detail several possible optimization scenarios in order to reduce its carbon footprint. This is done via mathematical optimization, in which the trips between the company and its various partners, from supply to delivery to the end customer, for different types of products and different carriers with different types of vehicles are considered. More specifically, our purpose is to describe and represent the difference between the current situation and the solution obtained by optimizing the network in terms of distance traveled, GHG emitted, consolidation of deliveries as well as production and stock needed. Following the quantitative and qualitative analysis of the results, we are able to provide numerous suggestions for improvements to the company with regard to the management of its internal and external transport. A number of key performance indicators are also evaluated, most importantly inventory and the number of trips. These are drastically reduced in our optimized scenario. To ensure optimal business results, we propose a two-step resolution model that includes mathematical modeling of the problem followed by manual improvement of the solution. In addition, the calculation methods used to measure GHGs emitted are based on the distance traveled as well as the capacity used of each vehicle, thus assigning vehicle usage to the company (while the remaining vehicle space is to be used by other companies when the carrier consolidates its operation). This allows us to estimate the emissions generated even when the construction of routes of different carriers is not exactly known. The coordination, consolidation and synchronization of the various trips related to the company’s activities allowed us to reduce the GHGs emitted by up to 23%, which translates into 3,438.64 tons of CO2e saved on a yearly basis, or 2,733,354 km. In addition, our observations of the results highlighted a multitude of recommendations regarding the use of carriers, the reduction of inventory and the control of transport flows within the company.

L'extraction et le traitement des combustibles fossiles off-shore s’intéressent aux problèmes liés aux écoulements multiphasiques inclinés. Dans ce projet, les effets de l'inclinaison du lit sur le comportement hydrodynamique des phases gaz et liquide écoulant à cocourant ascendant, ont été étudiés expérimentalement. La technique de la tomographie à capacitance électrique (ECT) a été mise en place pour observer les comportements locaux de la distribution axiale de la rétention en liquide. À l’aide de l’ECT, les coupes transversales de la saturation moyenne de liquide, les pertes de charge globale à travers le lit et la ségrégation gaz-liquide ont été mesurées ainsi que l'effet des conditions d'exploitation sur le profil axial de saturation de liquide. Les résultats indiquent que l'inclinaison du lit crée un court-circuit pour la phase gaz le long de la paroi supérieure où il peut s'écouler d'une manière séparée. Mots-clés: Hydrodynamique; colonne inclinée; saturation de liquide; tomographie à capacitance électrique (ECT).

Ces dernières années, le transport de marchandises est devenu un défi logistique à multiples facettes. L’immense volume de fret a considérablement augmenté le flux de marchandises dans tous les modes de transport. Malgré le rôle vital du transport de marchandises dans le développement économique, il a également des répercussions négatives sur l’environnement et la santé humaine. Dans les zones locales et régionales, une partie importante des livraisons de marchandises est transportée par camions, qui émettent une grande quantité de polluants. Le Transport routier de marchandises est un contributeur majeur aux émissions de gaz à effet de serre (GES) et à la consommation de carburant. Au Canada, les principaux réseaux routiers continuent de faire face à des problèmes de congestion. Pour réduire significativement l’impact des émissions de GES reliées au transport de marchandises sur l’environnement, de nouvelles stratégies de planification directement liées aux opérations de routage sont nécessaires aux niveaux opérationnel, environnemental et temporel. Dans les grandes zones urbaines, les camions doivent voyager à la vitesse imposée par la circulation. Les embouteillages ont des conséquences défavorables sur la vitesse, le temps de déplacement et les émissions de GES, notamment à certaines périodes de la journée. Cette variabilité de la vitesse dans le temps a un impact significatif sur le routage et la planification du transport. Dans une perspective plus large, notre recherche aborde les Problèmes de distribution temporels (Time-Dependent Distribution Problems – TDDP) en considérant des chemins dynamiques dans le temps et les émissions de GES. Considérant que la vitesse d’un véhicule varie en fonction de la congestion dans le temps, l’objectif est de minimiser la fonction de coût de transport total intégrant les coûts des conducteurs et des émissions de GES tout en respectant les contraintes de capacité et les restrictions de temps de service. En outre, les informations géographiques et de trafic peuvent être utilisées pour construire des multigraphes modélisant la flexibilité des chemins sur les grands réseaux routiers, en tant qu’extension du réseau classique des clients. Le réseau physique sous-jacent entre chaque paire de clients pour chaque expédition est explicitement considéré pour trouver des chemins de connexion. Les décisions de sélection de chemins complètent celles de routage, affectant le coût global, les émissions de GES, et le temps de parcours entre les nœuds. Alors que l’espace de recherche augmente, la résolution des Problèmes de distribution temporels prenant en compte les chemins dynamiques et les vitesses variables dans le temps offre une nouvelle possibilité d’améliorer l’efficacité des plans de transport... Mots clés : Routage dépendant du temps; chemins les plus rapides dépendant du temps; congestion; réseau routier; heuristique; émissions de gaz à effet de serre; modèles d’émission; apprentissage supervisé / In recent years, freight transportation has evolved into a multi-faceted logistics challenge. The immense volume of freight has considerably increased the flow of commodities in all transport modes. Despite the vital role of freight transportation in the economic development, it also negatively impacts both the environment and human health. At the local and regional areas, a significant portion of goods delivery is transported by trucks, which emit a large amount of pollutants. Road freight transportation is a major contributor to greenhouse gas (GHG) emissions and to fuel consumption. To reduce the significant impact of freight transportation emissions on environment, new alternative planning and coordination strategies directly related to routing and scheduling operations are required at the operational, environmental and temporal dimensions. In large urban areas, trucks must travel at the speed imposed by traffic, and congestion events have major adverse consequences on speed level, travel time and GHG emissions particularly at certain periods of day. This variability in speed over time has a significant impact on routing and scheduling. From a broader perspective, our research addresses Time-Dependent Distribution Problems (TDDPs) considering dynamic paths and GHG emissions. Considering that vehicle speeds vary according to time-dependent congestion, the goal is to minimize the total travel cost function incorporating driver and GHG emissions costs while respecting capacity constraints and service time restrictions. Further, geographical and traffic information can be used to construct a multigraph modeling path flexibility on large road networks, as an extension to the classical customers network. The underlying physical sub-network between each pair of customers for each shipment is explicitly considered to find connecting road paths. Path selection decisions complement routing ones, impacting the overall cost, GHG emissions, the travel time between nodes, and thus the set of a feasible time-dependent least cost paths. While the search space increases, solving TDDPs considering dynamic paths and time-varying speeds may provide a new scope for enhancing the effectiveness of route plans. One way to reduce emissions is to consider congestion and being able to route traffic around it. Accounting for and avoiding congested paths is possible as the required traffic data is available and, at the same time, has a great potential for both energy and cost savings. Hence, we perform a large empirical analysis of historical traffic and shipping data. Therefore, we introduce the Time-dependent Quickest Path Problem with Emission Minimization, in which the objective function comprises GHG emissions, driver and congestion costs. Travel costs are impacted by traffic due to changing congestion levels depending on the time of the day, vehicle types and carried load. We also develop time-dependent lower and upper bounds, which are both accurate and fast to compute. Computational experiments are performed on real-life instances that incorporate the variation of traffic throughout the day. We then study the quality of obtained paths considering time-varying speeds over the one based only on fixed speeds... Keywords : Time-dependent routing; time-dependent quickest paths; traffic congestion; road network; heuristic; greenhouse gas emissions; emission models; supervised learning.

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.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Le rôle des forêts dans la réalisation des réductions d'émissions de gaz à effet de serre (GES) prévues à l'échelle planétaire pourrait être substantiel. Comprendre le rôle du secteur forestier va devenir d'autant plus important que la demande en bois risque d'être toujours plus soutenue dans le futur. Il existe cependant un grand degré d'incertitude quant à la stratégie sectorielle à mettre en œuvre pour maximiser les réductions de GES : faut-il chercher à maximiser la production de bois (c'est-à-dire à augmenter les niveaux de récolte) ou gérer les écosystèmes sous un régime de protection (c'est-à-dire diminuer les niveaux de récolte) ? L'incertitude augmente en raison des impacts potentiels des changements climatiques sur la capacité des écosystèmes à stocker du carbone et à répondre aux besoins en bois des marchés. Les actions d'atténuation du secteur forestier ne se limitent cependant pas aux forêts. Il est aussi nécessaire de considérer les émissions de GES issues de la décomposition des produits du bois et l'utilisation de ces produits en remplacement de matériaux et sources d'énergie à plus forte empreinte carbone. Une sélection non exhaustive ne peut conduire qu'à des conclusions partielles qui pourraient s'avérer contreproductives dans la lutte contre les changements climatiques. L'objectif de cette thèse est donc d'évaluer le potentiel d'atténuation du secteur forestier québécois, en identifiant les obstacles à éviter et les opportunités à saisir, afin de développer une stratégie sectorielle efficace dans la lutte contre les changements climatiques. Les résultats de cette thèse suggèrent que, de l'échelle du peuplement à l'échelle de la province, les stratégies d'aménagement basées sur l'augmentation du volume de bois récolté n'apportent généralement pas de bénéfices climatiques, contrairement à celles qui visent à réduire le volume récolté par rapport à la stratégie de référence. La perte de carbone dans les écosystèmes forestiers, due à une augmentation des superficies récoltées, couplée à une augmentation des émissions de GES des produits n'est pas compensée par des effets de substitution trop faibles et incertains. Ces conclusions s'appliquent autant à moyen (2050) qu'à long terme (2100), et avec ou sans prise en compte de l'impact des changements climatiques sur les écosystèmes forestiers. Cette conclusion est d'ailleurs exacerbée lorsque les analyses ne sont plus faites en dioxyde de carbone équivalent, mais selon le forçage radiatif des émissions, donc avec une meilleure prise en compte de la temporalité des émissions de GES et de leur pouvoir réchauffant. Cependant, ces travaux démontrent aussi que les deux grands types de stratégies d'aménagement forestier peuvent coexister pour maximiser le potentiel d'atténuation du secteur forestier provincial. Tout d'abord, car certains peuplements forestiers pourraient bénéficier des perturbations pour redynamiser leur productivité. La nécessité de considérer les caractéristiques initiales des peuplements et l'impact d'une perturbation sur leurs dynamiques est donc primordiale. D'autre part, l'augmentation du volume de bois récolté pourrait apporter un bénéfice climatique si une meilleure substitution moyenne pouvait être atteinte et/ou une meilleure gestion des émissions, notamment de méthane, engendrées par la fin de vie des produits du bois était mise en place. Ces effets permettraient donc une coexistence des deux grands types d'aménagement par rapport à la stratégie de référence. Une stratégie de réduction de la récolte n'est pas exempte de toute incertitude. C'est un risque de saturation de la séquestration des écosystèmes, mais aussi un risque pour des stocks de carbone sensibles à l'augmentation des perturbations naturelles. De plus, les risques de fuite sont importants. Le bois non récolté sera selon toute vraisemblance compensé par une récolte accrue dans d'autres juridictions pour satisfaire la demande en ressource biosourcée. Il apparait donc que ni une stratégie basée seulement sur la réduction et encore moins sur l'augmentation du volume de bois récolté ne soit une solution idéale. Il est nécessaire de déployer les actions d'atténuation avec un potentiel de réalisation important et qui ne seront dans aucun cas contreproductives dans le futur ; comme le boisement des territoires anthropisés, une gestion améliorée des émissions de fin de vie ou encore un soutien à l'innovation des produits du bois afin d'en augmenter la proportion qui possède une plus longue durée de vie. Dans le même temps, il faut développer les fondements opérationnels d'une optimisation des niveaux de récolte selon les caractéristiques des écosystèmes forestiers. Ce sont des étapes nécessaires pour permettre une prise de décision éclairée et le développement d'une stratégie sectorielle efficace. / The role of forests in achieving global greenhouse gas (GHG) emissions reductions could be substantial. Understanding the role of the forestry sector will become increasingly important as the demand for wood is likely to continue to grow in the future. However, there is a high degree of uncertainty regarding the strategy to implement in order to maximize GHG reductions in the forest sector: should we seek to maximize wood production (i.e., increase harvesting levels) or leave ecosystems unmanaged (i.e., decrease harvesting levels)? Furthermore, the potential effects of climate change on the ability of ecosystems to store carbon and meet the wood demands of markets are causing a rise in uncertainty. Mitigation actions in the forestry sector, however, are not limited to forests. It is also necessary to consider GHG emissions from the decomposition of wood products and the use of these products as replacements for materials and energy sources with a higher carbon footprint. A non-exhaustive selection can only lead to partial conclusions that could prove counterproductive in the fight against climate change. The objective of this thesis is to evaluate the mitigation potential of the Quebec forestry sector by identifying the obstacles to avoid and the opportunities to seize in order to develop an effective strategy in the fight against climate change. The results suggest that, from the forest stand to the provincial scale, management strategies based on increasing the volume of harvested wood generally do not provide climate benefits, unlike those aimed at reducing the volume harvested compared to the reference strategy. The loss of carbon in forest ecosystems due to an increase in harvested areas, coupled with an increase in greenhouse gas emissions from wood products, is not offset by substitution effects that are too low and uncertain. These conclusions apply to both the medium term (2050) and the long term (2100), with or without consideration of the impact of climate change on forest ecosystems. These findings are exacerbated when analyses are conducted using radiative forcing of emissions, rather than just carbon dioxide equivalent, as this approach better accounts for the temporality and warming potential of greenhouse gas emissions. However, these findings also demonstrate that both types of forest management strategies can coexist to maximize the potential for carbon mitigation in the provincial forest sector. Firstly, some forest stands may benefit from disturbances that can reinvigorate their productivity. Therefore, it is crucial to consider the initial characteristics of forest stands and the impact of disturbances on their dynamics. Secondly, increasing the volume of harvested wood could provide a climate benefit if better average substitution and/or management of emissions, particularly methane emissions from wood product end-of-life, were implemented. These effects would allow the coexistence of both types of management strategies compared to the reference strategy. A strategy of reducing harvest is not without uncertainty. There is a risk of saturation of ecosystem carbon sequestration in the long term, as well as a risk to carbon stocks that are sensitive to increased natural disturbances. In addition, the risks of leakage are significant. Unharvested wood will likely be compensated by increased harvesting in other jurisdictions to meet the demand for bio-resources. Therefore, neither a strategy based only on reduction nor one based only on increasing the volume of harvested wood is an ideal solution. It is necessary to deploy mitigation actions with a high potential for implementation that will not be counter productive in the future, such as afforestation of anthropized territories, improved management of end-of-life emissions, or support for innovation in wood products. At the same time, it is necessary to develop the operational foundations for optimizing harvesting levels according to the characteristics of forest ecosystems. These are necessary steps to enable informed decision-making and the development of an effective provincial forest sector strategy.

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.

Dans ce projet de doctorat, des membranes microporeuses (fibres creuses) et hautement hydrophobes à base de polyéthylène basse densité (LDPE) pour utilisation dans la capture du CO2 dans des contacteurs gaz-liquide à membrane (GLMC), ont été fabriquées en utilisant une nouvelle méthode simple, sans solvant ou diluants, autant écologique qu’économique, et qui ne nécessite aucun post-traitement mécanique ou thermique. Pour produire des fibres creuses et contrôler leur porosité, on combine deux techniques, l’extrusion et le lavage de sel. Un mélange de LDPE et de particules de NaCl de différentes concentrations en sel conduit à la production des fibres (par extrusion) qui sont ensuite immergées dans l’eau pour éliminer le sel emprisonné dans le polymère et obtenir autant une structure microporeuse qu’une surface rugueuse hautement hydrophobe. La nouvelle méthode constitue une alternative très prometteuse aux méthodes actuellement utilisées pour la fabrication des membranes hydrophobes, principalement basées sur un processus d'inversion de phase qui implique des solvants toxiques et coûteux. Les membranes fabriquées ont été caractérisées en termes de morphologie, densité, porosité et distribution de taille des pores, hydrophobicité, pression de percée et propriétés mécaniques. Comme le phénomène de mouillage des membranes en contact avec les solutions absorbantes est la cause principale de la réduction de l’efficacité des GLMC à long terme, une étude approfondie sur la compatibilité membrane/liquide absorbant a été réalisée. La stabilité morphologique, chimique et thermique des membranes en contact avec différentes solutions aqueuses d'alcanolamines à base de monoéthanolamine (MEA) et 2-amino-2-hydroxyméthyl-1,3-propanediol (AHPD), ainsi que des mélanges MEA/PZ (pipérazine) et AHPD/PZ, a été investiguée en détail. / In this work, highly hydrophobic low density polyethylene (LDPE) hollow fiber membranes aiming to be used for CO2 capture in gas-liquid membrane contactors (GLMC) were fabricated using a simple, novel method, without solvent or diluents, economic and environmentally friendly, which does not require any mechanical or thermal post-treatments. In order to produce hollow fibers and control their porosity, the process combines melt extrusion and template-leaching techniques. A mixture of LDPE and NaCl particles first produce blends with different salt contents. A microporous structure and a rough highly hydrophobic surface can then be produced by leaching the salt particles from the hollow fiber matrix via immersion in water. The new method represents a very promising alternative to conventional membrane fabrication approaches which are mainly based on phase inversion process that involves toxic and expensive solvents. The fabricated membranes were characterized in terms of morphology, density, porosity and pore size distribution, hydrophobicity, breakthrough pressure and mechanical properties. Since the phenomenon of membrane wetting by liquid absorbents is the major cause of the reduction of long-term efficiency of GLMC, a comprehensive study on the compatibility between membrane and absorbent liquid was performed. Morphological, chemical and thermal stability of LDPE membranes in contact with different aqueous alkanolamine solutions including monoethanolamine (MEA) and 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (AHPD), as well as blends of MEA/PZ (piperazine) and AHPD/PZ, was investigated in detail.

L'agriculture biologique vise à améliorer la durabilité des systèmes culturaux, cependant, certaines pratiques de conservation des sols utilisées peuvent augmenter les émissions de gaz à effet de serre (GES), sous certaines conditions environnementales. L'objectif de ce projet était de déterminer l'effet de différents systèmes culturaux en grandes cultures biologiques sur les émissions de GES et sur le rendement des cultures. Un essai au champ a été réalisé à l'Institut national d'agriculture biologique, au cours de deux saisons de croissance (26 avril au 31 octobre 2019 et 29 avril au 12 novembre 2020), sur un loam sableux. Le dispositif expérimental en blocs complets aléatoire incluait deux témoins comparatifs (prairie permanente et jachère en sol nu [JSN]) et cinq systèmes culturaux combinant différentes (i) séquences culturales (orge [Hordeum vulgare L.]-maïs [Zea mays L.], soya [Glycine max (L.) Merr.]-blé de printemps [Triticum aestivum L.], maïs-soya); (ii) sources fertilisantes (fumier de poulet [FP] et/ou engrais vert en dérobée [EV] ou aucun apport); et (iii) intensités de travail primaire du sol (labour avec charrue à versoirs [LB] ou chisel [CH]). La température, la teneur en eau et les concentrations en azote minéral du sol ont été mesurées périodiquement, de même que les émissions de protoxyde d'azote (N₂O) et méthane (CH₄) à l'aide de chambres statiques à régime variable. Le système CH-EV a généré les plus faibles émissions de N₂O cumulatives en 2019 et 2020 et les systèmes LB-FP en 2019 et JSN en 2020 ont généré les émissions les plus élevées. Les émissions de CH₄ ont été équivalentes entre les différents systèmes. Le système CH-EV a minimisé les émissions de N₂O à l'échelle de la superficie sans augmenter les émissions de N₂O à l'échelle du rendement. Cependant, l'évaluation à long terme de ces systèmes culturaux est nécessaire pour déterminer les bénéfices agronomiques, économiques et environnementaux. / Organic farming aims to enhance the sustainability of cropping systems, but some soil conservation practices implemented may increase greenhouse gas (GHG) emissions. The main objective of this study was to determine the effects of various organic cropping systems on GHG emissions and crop yields, in Québec, Canada. A field experiment was conducted at the Institut national d'agriculture biologique, over two growing seasons (26 April to 31 October 2019 and 29 April to 12 November 2020), on a sandy loam soil. The randomized complete block design included two controls (perennial forage and bare fallow [BF]) and five organic cropping systems combining different: (i) crop sequences (barley [Hordeum vulgare L.]- grain corn [Zea mays L.], soybean [Glycine max (L.) Merr.]- spring wheat [Triticum aestivum L.], grain corn-soybean); (ii) sources of fertilizers (poultry manure [PM] and/or a fall-seeded green manure [GM] or no source); and (iii) primary tillage intensities (moldboard plough [MP] or chisel plough [CP]). Soil temperature, water content, and mineral N concentrations were evaluated periodically, as well as direct nitrous oxide (N₂O) and methane (CH₄) emissions, which were quantified using non-flow-through non-steady-state chambers and gas chromatography. The lowest cumulative N₂O emissions were found in CP-GM (0.52 ± 0.11 and 3.55 ± 0.72 kg N ha⁻¹ in 2019 and 0.47 ± 0.06 kg N ha⁻¹ in 2020), whereas the highest emissions were found in MP-PM in 2019 (3.55 ± 0.72 kg N ha⁻¹) and BF in 2020 (1.44 ± 0.20 kg N ha⁻¹). During both years, CH₄ emissions varied from -0.65 to +0.18 kg C ha⁻¹ and were similar between cropping systems. Organic cropping system CP-GM minimized the area-scaled N₂O emissions without increasing the yield-scaled N₂O emissions. However, long-term assessment is necessary to determine the agronomic, economic, and environmental benefits of these cropping systems.

Les changements climatiques et, par conséquent, l'atténuation des émissions des gaz à effet de serre (GES) représentent un enjeu sans équivalent. Les structures de production et consommation actuelles ne tiennent souvent pas compte des externalités négatives sur l'environnement, générant ainsi une défaillance du marché. Les fondements de l'économie moderne prescrivent l'intervention gouvernementale pour pallier à ce genre de problème. Ce mémoire s'intéresse à l'étude de l'action étatique par ses instruments de politiques publiques. Il est question d'une analyse comparative des politiques environnementales mises en place au Québec et au Massachusetts. À des fins de comparaison, nous avons sélectionné trois secteurs concernés par la réduction des GES, à savoir les transports, les industries et les PME en recherche de pointe. Nous avons ainsi retenu un modèle théorique qui tente d'expliquer la coercition dans le choix des instruments par deux variables innovatrices, à savoir l'asymétrie d'information et l'asymétrie de légitimité.

Le dégel et l'affaissement des buttes de pergélisol riches en glace entraînent la formation de mares de thermokarst. Ces eaux sont connues pour émettre du CH₄ et du CO₂, mais la dynamique biogéochimique de ces émissions demeure méconnue. Les objectifs de cette thèse étaient d'évaluer les principales sources de variabilité des émissions de gaz à effet de serre par les mares de thermokarst formées sur un pergélisol plus ou moins riche en carbone, et d'évaluer certains changements non linéaires dans ces écosystèmes pouvant résulter du réchauffement climatique. Les concentrations et les flux de CH₄ et de CO₂ ont été mesurés dans 18 lacs de thermokarst situés dans six sous-régions biogéochimiquement distinctes du Québec subarctique, le long d'un gradient de dégradation du pergélisol. Ces sites renferment des mares de thermokarst issues soit du dégel de palses (buttes de tourbières gelées) ou de lithalses (buttes de pergélisol minéral), dont la teneur en carbone organique diffère d'un sol à l'autre. Pour évaluer l'effet potentiel de la dégradation du pergélisol sur ces systèmes d'eau douce soumis à l'influence du réchauffement climatique, des sites comparables ont été sélectionnés dans la zone de pergélisol discontinu au nord, ainsi que dans la zone de pergélisol sporadique au sud où le pergélisol se dégrade plus rapidement. Un profilage hivernal de cinq lacs situés sur des tourbières de pergélisol érodées a été effectué, et des enregistreurs automatisés de température, de conductivité et d'oxygène ont été utilisés pour évaluer comment le cycle annuel de stratification et de mélange peut affecter les rejets de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Les mares étudiées étaient stratifiées thermiquement pendant la majeure partie de l'année, avec de forts gradients physico-chimiques dans la colonne d'eau, et la plupart avaient un hypolimnion anoxique. Les mares de lithalse les plus septentrionales présentaient une teneur en CO₂ de surface inférieure ou supérieure à la saturation, mais les lacs plus au sud présentaient des concentrations de surface beaucoup plus élevées, bien audessus de l'équilibre atmosphérique. Les concentrations de CH₄ dans les eaux de surface étaient au moins un ordre de grandeur au-dessus de l'équilibre avec l'air à tous les sites de lithalse, et les flux diffusifs des deux gaz augmentaient du nord au sud. Le taux d'oxydation du CH₄ dans les eaux de surface d’une mare de lithalse au nord ne représentait que 10% du taux d'émission, mais à l'extrémité sud, il atteignait environ 60% des émissions vers l’atmosphère, indiquant que la méthanotrophie pourrait jouer un rôle important dans la réduction des émissions nettes. Les eaux de surface des mares de palse du nord et du sud de la région d'étude étaient supersaturées en CH₄ et aussi saturées en CO₂, particulièrement les lacs du sud où les concentrations de CH₄ dépassaient de 5 ordres de grandeur l'équilibre atmosphérique. Les concentrations de CH₄ et de CO₂ augmentaient de plusieurs ordres de grandeur au fond des lacs du sud, mais les gradients verticaux étaient moins marqués ou absents au nord. De fortes émissions de CH₄ et de CO₂ provenaient de l'ébullition des gaz, mais elles étaient largement dépassées par les flux diffusifs, contrairement aux mares de thermokarst étudiées ailleurs en Alaska, en Europe, ou en Sibérie. La datation au radiocarbone des échantillons de gaz d'ébullition a montré que l'âge ¹⁴C du CH₄ variait entre 760 et 2005 ans, alors que le CO₂ était toujours plus jeune. Toutes les mares étudiées contenaient d'importants stocks de CH₄ en hiver sous leur couverture de glace saisonnière. Les concentrations sous la glace étaient jusqu'à 5 ordres de grandeur au-dessus de l'équilibre atmosphérique, correspondant à un taux d'émission lors de la débâcle de 1 à 2 ordres de grandeur plus élevé qu'au milieu de l'été, sans compter les émissions par ébullition. Le rapport estimé entre les émissions diffuses de CO₂ et de CH₄ serait deux fois plus élevé en été qu'au printemps, ce qui suggère la prédominance de la production hydrogénotrophique de méthane en hiver et l'augmentation de l'activité bactérienne aérobie en été. Les enregistrements annuels des instruments automatisés installés in situ suggèrent que la morphométrie lacustre (fetch et profondeur) pourrait jouer un rôle clé dans le contrôle du moment et de l'ampleur du rejet de CH₄ de la colonne d'eau vers l'atmosphère. Dans l'ensemble, ces observations montrent que les mares de lithalse peuvent émettre du CH₄ et du CO₂ rapidement après leur formation, avec des efflux de gaz qui persistent et augmentent à mesure que les mares continuent de se réchauffer et le pergélisol de s'éroder. Par ailleurs, les résultats indiquent que les mares de palse peuvent devenir une source de gaz à effet de serre de plus en plus importante alors que la limite sud du pergélisol continue à se déplacer vers le nord. Les résultats soulignent également la nécessité de tenir compte des grandes fluctuations saisonnières des émissions de méthane provenant des mares de thermokarst des tourbières dans les estimations des flux annuels de carbone. / The thawing and subsidence of ice-rich permafrost mounds results in the formation of thermokarst lakes and ponds. These waters are known to emit CH₄ and CO₂, but the biogeochemical dynamics of these emissions remain poorly understood. The objectives of this thesis study were to assess major sources of variability in estimates of greenhouse gas emissions from thermokarst lakes formed on permafrost of divergent carbon content, and to evaluate some of the non-linear changes in these freshwater ecosystems that may arise from global warming. CH₄ and CO₂ stocks and fluxes were measured in 18 thermokarst lakes in six biogeochemically distinct sub-regions of subarctic Quebec, along a permafrost degradation gradient. These sites contain thermokarst lakes that are derived either from the thawing of palsas (frozen peat mounds) or lithalsas (mineral permafrost mounds), which differ in their soil organic carbon content. To address the potential effect of permafrost degradation on these freshwater systems under climate warming, comparative sites were selected in the northern discontinuous permafrost zone and in the southern sporadic permafrost zone where permafrost is more rapidly degrading. Winter profiling of five lakes located on eroding permafrost peatlands was undertaken, and automated water temperature, conductivity and oxygen loggers were used to evaluate how the annual cycle of stratification and mixing may affect the release of greenhouse gases to the atmosphere. The studied lakes were thermally stratified for most of the year, with strong physico-chemical gradients down the water column, and most had anoxic bottom waters. The northernmost lithalsa lakes varied in their surface-water CO₂ content, from below to above saturation, but the southern lakes in this gradient had much higher surface concentrations that were well above air-equilibrium. Surface-water CH₄ concentrations were at least an order of magnitude above air-equilibrium at all lithalsa sites, and the diffusive fluxes of both gases increased from north to south. The rate of CH₄ oxidation in the surface waters from a northern lithalsa lake was only 10% of the emission rate, but at the southern end it was around 60% of the efflux to the atmosphere, indicating that methanotrophy may play a substantive role in reducing net emissions. The surface waters of palsa lakes at both northern and southern sites were supersaturated in CH₄ and CO₂, and to a greater extent in the southern lakes, where CH₄ concentrations were up to 5 orders of magnitude above air equilibrium. Concentrations of CH₄ and CO₂ increased by orders of magnitude with depth in the southern lakes, however vertical gradients were less marked or absent in the North. Strong CH₄ and CO₂ emissions were associated with gas ebullition, but these were greatly exceeded by diffusive fluxes, in contrast to thermokarst lakes studied elsewhere. Radiocarbon dating of ebullition gas samples showed that the CH₄ had ¹⁴C-ages from 760 to 2005 years before present, while the CO₂ was consistently younger. All of the studied lakes contained large stocks of CH₄ in winter under their seasonal ice covers. The sub-ice concentrations were up to 5 orders of magnitude above airequilibrium, and the emission rates at ice break-up would be 1-2 orders of magnitude higher than during mid-summer. The estimated ratio of diffusive CO₂ to CH₄ emission was twice as high in summer than in spring, suggesting the predominance of hydrogenotrophic methane production in winter, and increased aerobic bacterial activity in summer. The annual records from the automated instruments moored in situ suggest that lake morphometry (fetch and depth) may play a key role in controlling the timing and extent of CH₄ release from the water column to the atmosphere. Overall, these observations show that lithalsa lakes can begin emitting CH₄ and CO₂ soon after they form, with effluxes of both gases that persist and increase as the lakes continue to warm and the permafrost continues to erode. Moreover, the results indicate that peatland thermokarst lakes may be an increasingly important source of greenhouse gases as the southern permafrost limit continues to shift northwards. The results also underscore the need to consider the large seasonal fluctuations in methane emissions from peatland thermokarst lakes in estimates of annual carbon fluxes.