Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Les plus récents estimés indiquent que seulement 32% des plastiques post-consommation (emballages, sacs et contenants) sont récupérés par la collecte sélective des matières recyclables au Québec, et une quantité probablement encore moindre est réellement recyclée. Pourtant, le recyclage a été identifié comme une des stratégies clés permettant la mise en place d’une véritable économie circulaire des plastiques. Présentement, un manque de données précises et transférables entre les acteurs de la chaîne de valeurs rend plus difficile l’application de mesures efficaces pour augmenter la qualité des plastiques voués au recyclage thermomécanique. De plus, il existe peu de solutions de recyclage pour les flux de plastiques fortement hétérogènes, alors que la diversité des emballages disponibles sur le marché est sans cesse croissante. Ce travail de recherche avait pour objectif d’étudier la qualité des plastiques mélangés en provenance du centre de tri de Gaudreau Environnement Inc., et de développer une technologie de recyclage applicable aux flux hétérogènes de plastiques. Une caractérisation combinant des équipements industriels et des analyses de laboratoire a permis de dégager un taux de qualité correspondant à la concentration réelle d’un polymère visé dans un échantillon trié par séparateur optique. De plus, la caractérisation des contaminants a démontré que les plastiques faits de polystyrène et de polyvinyle chloré sont sujets à de grandes variations de qualité. Une méthode de recyclage de ces plastiques est proposée ici, soit l’utilisation d’agrégats de plastiques recyclés comme substituts au sable pour des mélanges expérimentaux de béton. Le plastique a généré des bétons ayant une plus grande ténacité élastique et une résistance thermique plus élevée que le béton conventionnel. Cette technique de recyclage a semblé convenir aux flux hétérogènes de plastiques, notamment lorsque plusieurs types de polymères sont présents, car les critères de qualité diffèrent de ceux employés pour évaluer les plastiques voués au recyclage thermomécanique conventionnel. / According to recent estimates, only 32% of all postconsumer plastics are collected by curbside collection programs in the province of Quebec (CANADA), and an even smaller amount may be actually recycled into new products. Recycling has nonetheless been identified as one of the key strategies needed to enable a transition to a fully circular economy for plastics. At this time, a lack of precise data, transferable between all stakeholders of the plastics value chain, prevents the implementation of efficient measures to upgrade the quality of plastics channelled towards thermomechanical recycling. Also, very few recycling techniques are designed for heterogeneous plastic streams, while an increasingly varied array of plastic packaging is found on the consumer market. This research aimed to study the quality of a mixed plastics stream produced by Gaudreau Environnement Inc.’s material recovery facility, and develop a recycling technique able to process an heterogeneous plastic stream. A combination of industrial machineries and laboratory analyses was used to characterize the quality of the mixed plastics, and a quality index was generated to estimate the concentration of a targeted polymer in a sorted plastic stream. A characterization of contaminants showed that polystyrene and polyvinyl chloride streams experienced more variation in terms of quality for recycling. A potential valorization route was investigated, where recycled plastic aggregates were substituted to sand in experimental concrete blends. Plastic aggregates helped confer greater elastic toughness and a higher thermal resistance to concrete. Plastic aggregates with a high bulk density, such as those derived from PVC, generated concretes with the best mechanical performances. This recycling technique seems promising for heterogeneous plastic streams, particularly when several polymers are present, since its quality parameters differ from conventional thermomechanical recycling.

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

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

L'objectif de cette étude est le développement d'une base de connaissances pour la conversion d'un déchet problématique en matériau de construction pour des projets de génie civil. Le phénomène de mécanisation des sociétés, la croissance rapide de la population, ainsi que le développement du réseau de transport terrestre par la construction des nouvelles routes et autoroutes ont entraîné une croissance sans cesse de l'industrie automobile à travers le monde et par conséquent l'accumulation de gros volumes de pneus usés. Chaque année, les Américains et les Canadiens éliminent en moyenne environ 300 millions de pneus (respectivement 250 et 30 millions de pneus), ce qui a accru les préoccupations environnementales liées à l'élimination de ces déchets non biodégradables et polluants. Par conséquent, la gestion des déchets de pneus nécessite des méthodes innovantes et efficaces d'élimination et de réutilisation des pneus. Un pneu est généralement composé de trois composants principaux, notamment le caoutchouc, le métal et le tissu. Le cycle de vie des pneus est généralement composé de cinq étapes principales : extraction, production, consommation, collecte des pneus usagés et enfin la gestion des déchets qui comprend les sites enfouissement et la récupération. Grâce à l'un des processus de récupération, les pneus usagés sont découpés en différentes formes et tailles appelées agrégats dérivés de pneus (ADP). Actuellement, des efforts considérables sont en cours au niveau mondial pour recycler les pneus usagés sous forme d'agrégats dérivés de pneus (ADP) à des fins d'ingénierie civile et géotechnique différentes. En tant que géo-matériau, les formes déchiquetées et granulées des pneus usés sont généralement mélangées avec du sable et / ou du limon pour former ce que l'on appelle communément des mélanges sol-ADP. En raison de leur faible poids, de leur bon drainage, de leurs propriétés d'isolation thermique satisfaisantes, de leur atténuation des vibrations, etc., les géo-matériaux d'ingénierie contenant du ADP sont devenus intéressants pour les ingénieurs concepteurs. Cependant, en raison de leur faible module d'élasticité, les mélanges ADP-sol présentent une compressibilité significative par rapport à celle des sols conventionnels. Spécifiquement, la compressibilité excessive des mélanges sol-ADP, qui est composé à la fois de la partie immédiate et celle dépendante du temps est extrêmement difficile à cerner dans les applications où de lourdes charges sus-jacentes sont appliquées. Afin de maximiser leur fiabilité et de minimiser la possibilité de ruptures, il est nécessaire d'avoir une compréhension précise du comportement mécanique (par exemple, élastique, plastique et fluage) des mélanges sol-ADP lorsqu'ils sont soumis à une charge. La présente étude comprend deux phases. Les phases consistent en un programme expérimental qui a été mené pour déterminer les paramètres essentiels d'élasticité, de plasticité et de fluage des mélanges granulés ADP-sable. Des simulations MEF ont ensuite été réalisées aux fins de la validation des résultats des essais. Les valeurs des paramètres obtenus grâce aux observations expérimentales ont été utilisées dans le développement de modèles de comportement qui sont proposés pour les comportements de fluage et de déformation plastique des mélanges sable-ADP. En ce qui concerne le fluage, les résultats indiquent une phase de fluage primaire qui est rapidement passée à une phase de fluage stationnaire secondaire, n'atteignant jamais la phase tertiaire. Il a également été observé que l'ampleur de la déformation de fluage est fortement affectée par la teneur en fraction volumique de l’ADP et la charge appliquée. Cette observation a conduit à l'adoption de la loi Norton-Bailey comme modèle constitutif possible du fluage des mélanges ADP-sable. En outre, un modèle complet de comportement sol-ADP doit également englober la plasticité. Ceci a été réalisé grâce au développement d'un modèle d'état critique, basé sur les paramètres de plasticité obtenus expérimentalement des tests triaxiaux. Les courbes de contrainte déviatorique en fonction de la déformation axiale obtenues avec le modèle d'état critique ont capturé la réponse élastoplastique non linéaire obtenue dans les essais. Les résultats ont indiqué que le niveau de résistance au cisaillement dépend fortement de l'angle de frottement à l'état critique qui à son tour dépend de la teneur en ADP. Pour les mélanges ADP-sable utilisés dans cette étude, l'effet de la teneur en ADP démontre un renforcement de la matrice de sable. Cependant, ce renforcement diminue à mesure que la teneur en ADP augmente. / The aim of this study is the development of a knowledge base for the conversion of a problematic waste product into a construction material for civil engineering projects. The phenomenon of mechanization of the societies, rapidly growing population, and also the development of the land transportation network through the construction of the new roads and highways have resulted in an unceasingly growing of auto industry across the world and consequently accumulation of large volumes of scrap automobile tires. Every year Americans and Canadians together average disposal of approximately 300 million tires (respectively 250 and 30 million tires) which consequently has increased environmental concerns over the disposal of such non-biodegradable and pollutant waste materials. Hence, scrap tire management requires innovative and efficient methods of tire disposal and reuse. A tire is generally made from three main components including rubber, metal, and fabric. The tire life cycle is generally composed of five main stages including extraction, production, consumption, collection of used tires and finally waste management which is comprised of landfilling and recovery. Through one of the recovery processes, scrap tires are cut into different shapes and sizes called tire-derived aggregate (TDA). Presently, global extensive efforts are underway in order to recycle the waste tires in the form of tire-derived aggregate (TDA) for different civil and geotechnical engineering purposes. As a geomaterial, usually the shredded and granulated forms of scrap tires are mixed with sand and/or silt to form what is commonly referred to as soil-TDA mixtures. Due to their lightweight, good drainage, satisfactory thermal insulation properties, vibration mitigation, etc., engineered geomaterials containing TDA have become of interest to design engineers. However, due to their low elastic modulus, TDA-soil mixtures exhibit significant compressibility compared to that of conventional soils. Specifically, the excessive compressibility of soil-TDA mixtures which is composed of both immediate and time-dependent portions is extremely challenging in such applications wherein heavy overlying loads are applied. In order to maximize their reliability and to minimize the possibility of failures, it is necessary to have an accurate understanding on the mechanical behavior (e.g., elastic, plastic and creep) of the soil-TDA mixtures when subjected to loading. The present study consists of two phases. These phases consist of an experimental program that was conducted to determine the elastic, plastic, and creep parameters of TDA-sand granulated mixtures. FEM simulations were subsequently conducted for the purposes of test result validation. Values of the parameters obtained through the experimental observations were used in the development of constitutive models which are proposed for the creep and plastic deformation behaviors of the sand-TDA mixtures. In regard to creep, the results indicate a primary creep phase that rapidly transitioned into a secondary stationary creep phase, never attaining the tertiary phase. It has been also observed that the magnitude of the creep strain is strongly affected by the TDA volume fraction content and the applied load. This observation conducted the adoption of the Norton-Bailey law as a possible constitutive model for creep of TDA-sand mixtures. Furthermore, a complete model of soil-TDA behavior must also encompass plasticity. This was achieved through the development of a critical state model, based on the experimentally obtained plasticity parameters of triaxial tests. The calculated deviatoric stress versus axial strain curves obtained with the critical state model captured the non-linear elastoplastic response obtained in the tests. Results indicated that the level of the shear strength is highly dependent on the critical state friction angle which in turn depends on the TDA content. For the loose TDA-sand mixtures used in this study, the effect of the TDA content demonstrates a reinforcement of the sand matrix. However, this reinforcement diminishes as the TDA content increases.

Ce travail de doctorat est consacré à la production, au recyclage mécanique long-terme et à la caractérisation de matériaux polymères et composites à base de polyéthylène haute densité (HDPE) et de fibre de lin. L’objectif est de déterminer l’aptitude au recyclage long-terme de ces composites et de leur matrice, tout en évaluant la perte de performance subie. Le recyclage est réalisé ici par une extrusion en boucle fermée, durant 50 cycles, sans ajout intermédiaire de matières vierges et sans prise en compte de la détérioration et de la contamination subies lors du cycle de vie des produits. Dans la première partie, une revue de littérature présente l’état de l’art concernant le recyclage mécanique des composites thermoplastiques. Les différents types de recyclage de composites sont présentés, ainsi que les différents travaux réalisés sur le recyclage de composites thermoplastiques à base de fibres naturelles ou inorganiques. Enfin, les différentes limitations rencontrées lors du recyclage de ces composites sont mises en lumière et des solutions sont présentées. Au cours de cette revue, des lacunes importantes sur le recyclage mécanique long-terme de ces composites sont observées. Dans la seconde partie de ce travail, le polyéthylène haute densité est étudié et recyclé seul afin de connaître ses propriétés et son comportement au recyclage, tout en servant de base de comparaison pour les composites produits par la suite. L’étude des propriétés physique, thermique, moléculaire et mécanique permet d’analyser les différents mécanismes de dégradation induits par le recyclage mécanique. Les résultats montrent une diminution de la contrainte au seuil d’écoulement et une forte augmentation de l’élongation à la rupture avec le recyclage, indiquant que des phénomènes de rupture de chaînes ont lieu dans le polymère. La plupart des autres propriétés demeurent constantes et confirment le maintien des performances du polymère avec le recyclage. Dans la dernière partie de cette thèse, deux séries de composites sont produites à partir du polyéthylène haute densité et de la fibre de lin (15% en masse), avec et sans polyéthylène greffé d’anhydride maléique (MAPE) comme agent couplant. Toutes deux seront caractérisées similairement au polymère afin d’évaluer l’effet de la présence de fibre dans le polymère. Une analyse de la distribution de fibres est aussi réalisée afin d’observer l’effet du recyclage mécanique sur la taille des fibres. L’analyse mécanique révèle que la fibre fournit un renfort efficace au polymère, en particulier avec l’agent couplant, mais les propriétés à la rupture diminuent. Cet effet diminue avec le recyclage, alors que les propriétés à l’élongation augmentent, du fait de la réduction de longueur des fibres. L’effet de l’agent couplant disparaît aussi au cours du recyclage. Toutefois, la majorité des performances mécaniques après recyclage restent supérieures à celles du polymère. / This thesis focuses on the production, the mechanical recycling and the characterization of polymers and composites based on high density polyethylene (HDPE) and flax fibers. It aims to determine the materials potential towards long-term recycling and to evaluate the resulting loss of performance. The recycling is realized by closed-loop extrusion, and repeated up to 50 times, without any addition of new material, and without any consideration of the possible degradation and contamination undergone during the life-cycle of the products. In the first part, a literature review presents the state of the art concerning the mechanical recycling of thermoplastic composites. The various types of composites recycling are introduced, as well as the various works conducted on the recycling of thermoplastic composites reinforced with both natural and inorganic fillers. Finally, the various limitations to the composites recycling are presented and some solutions are suggested. During this review an important lack of knowledge on the long-term mechanical recycling of these composites is observed. In the second part of this work, the high density polyethylene is studied and recycled in order to know its properties and its behavior towards recycling, as well as to be used as a comparison basis for the further parts. The study of the mechanical, thermal, molecular and physical properties leads to the better understanding of the various degradation mechanisms induced by mechanical recycling. The results show a decrease of the yield stress and an important increase of the strain at break with recycling, indicating that chain scissions take place in the polymer during recycling. Most of the other properties remained stable, and confirmed the conservation of the polymer performances with recycling. In the last part of this work, high density polyethylene is used to produce two series of composites with 15% wt. of flax fiber, with and without maleic anhydride grafted polyethylene (MAPE) as a coupling agent. Similar characterizations as for the matrix are conducted on both composites as to evaluate the effect of the fibers in the polymer matrix. A complete analysis of the fiber distribution is also performed to observe the effect of mechanical recycling on the fiber dimensions. The mechanical analysis reveals that the fibers provides an efficient reinforcement to the matrix, and especially with coupling agent, but the properties at break decrease. Nevertheless, this effect decreases with recycling, while the elongation properties increase due to the fiber size reduction. The effect of the coupling agent disappears with recycling. However, most mechanical properties remain higher for the composites after recycling than for the neat matrix.

Les pneus en fin de cycle de vie soulèvent de graves problèmes environnementaux. Ils doivent être éliminés ou recyclés. En raison de leur structure réticulée, les pneus ne fondent pas ni ne se dissolvent. Ils sont généralement broyés en poudre (caoutchouc de pneu broyé, abrévié GTR). Ensuite, ces poudres sont mélangées avec une matrice (asphalte ou polymère thermoplastique) pour réutilisation. L'industrie du recyclage se heurte à deux problèmes principaux. En premier lieu, le contrôle de technique qualité est difficile à cause du manque de solubilité de la poudre et de moyens limités pour ces petites industries. Il est nécessaire de trouver des méthodes rapides et à faible coût pour améliorer la caractérisation des GTR. Dans le présent travail, nous avons mis l'accent sur l'utilisation de ces deux techniques et sur la spectrométrie de fluorescence-X (XRF), comme il y a des rapports dans la littérature démontrant que ceux-ci peuvent être utilisés, respectivement, pour déterminer la densité de réticulation, la composition en monomères et la composition élémentaire. Un deuxième problème est la faible adhérence entre la plupart des polymères et les GTR. Ceci résulte en un manque de résistance mécanique et une tendance à l'effritement des pièces fabriquées. Certaines études se concentrent sur l'ajout de monomère et d'initiateur au GTR, afin de faire une polymérisation in-situ de chaînes greffées sur la surface. Cependant, le poids moléculaire des greffons est inconnu et il est impossible de vérifier si celui-ci est supérieur au poids moléculaire d'enchevêtrement des chaînes. Des réactions photochimiques ont été utilisées pour greffer des chaînes polymériques terminées par un groupement thiol de poids moléculaire connu en utilisant les liaisons doubles présentes à la surface de GTR. La spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (XPS) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) ont été utilisées pour détecter les changements de surface et vérifier si le greffage a bien eu lieu. Finalement, la mesure des propriétés mécaniques a été utilisée pour évaluer l’effet du greffage avec les échantillons de GTR greffé mélangés à du polystyrène commercial. / End of life tires raise severe environmental problems and must be disposed of or recycled. Due to their cross-linked structure, they do not melt or dissolve, and are usually ground into a powder (ground tire rubber or GTR) and mixed with a matrix (asphalt or a thermoplastic polymer) for reuse. The recycling industry encounters two main problems. First, quality control is difficult due to the lack of solubility of the powder and to the limited technical means of these small industries. Rapid and low-cost methods are needed to improve characterization of GTR. This work focused on the use of these two techniques and of X-ray fluorescence spectrometry (XRF), as there are reports in the literature showing than these may be used, respectively, to determine cross-link density, monomer and elemental composition. The second problem is the poor adhesion between most polymers and GTR, resulting in parts that lack mechanical strength and tend to crumble. Some studies focus on adding monomer and initiator to GTR and doing in-situ polymerization of graft chains onto the surface. However, molecular weight of grafts is unknown and it is not possible to verify if the molecular weight is above the chain entanglement molecular weight. Photochemical reactions were used to graft thiol-terminated polymer chains of known molecular weight by using free carbon double bonds that exist on the GTR surface. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to detect the surface changes and graft degree. Mechanical properties measurement was used to monitor the treated samples blends with polystyrene matrix.

Ce projet de maîtrise s'inscrit à la suite de nombreuses demandes de plusieurs municipalités auprès des entreprises oeuvrant dans la fabrication de bacs roulants, de créer un nouveau bac de recyclage contenant un certain pourcentage de polymères recyclés. Scientifiquement parlant, il s'agit d'améliorer et d'optimiser le recyclage du polyethylene de haute densité et du polypropylene d'origine post-consommation, soit en fait de transformer la matière plastique de la plupart des produits domestiques et fabriquer un bac roulant fait à partir de 25% de matières plastiques recyclées. Le produit fini doit posséder les caractéristiques demandées et rencontrer les exigences requises habituellement pour la fabrication d'un bac roulant (bac à ordure, à recyclage ou à composte) en définitive le même que celui produit chez IPL par un procédé de moulage par injection. C'est donc dans cette optique que les recettes contenant à la fois des résines vierges et résines recyclées selon le ratio prédéfini de 75/25, ont été réalisées. De plus, pour certains de ces mélanges, il y a eu ajout d'un agent couplant destiné à en améliorer les propriétés mécaniques. Par ailleurs, le choix du meilleur mélange s'est effectué à partir de propriétés mécaniques obtenues à l'aide de tests appropriés permettant de les sélectionner. Il fallait également déterminer le moyen pour diminuer la tonalité de la couleur lors du procédé d'extrusion.

Le recyclage des produits et matériaux est en plein essor depuis quelques années, non plus seulement pour des raisons économiques mais aussi pour des raisons écologiques. Les législations ayant été mises en place obligent les industriels à recycler leurs produits. Ainsi sommes-nous en train de passer d'une société industrielle fortement dissipatrice en matières premières à une société basée sur le recyclage (Mathieux, 2002). En termes logistiques, cette évolution sociétale donne lieu à un flux grandissant de matières du consommateur au producteur : les flux inverses. Nous voulons nous intéresser au cas où le producteur est confronté à un retour de ses propres produits, en quantités variables. Ce flux retour, en s'ajoutant au flux de production initial, perturbe et complique la gestion classique des stocks (stocks en excès) et de la production (DeCroix et al., 2005). L'objectif de cette thèse est alors de proposer des modèles de gestion des stocks qui intègrent des flux inverses. Sur ces modèles, nous rechercherons des stratégies performantes d'approvisionnement des stocks qui prennent en compte les flux inverses (aléatoires), et ce a¯n de réduire le coût global du système. Par ailleurs, et au delà de la recherche de ces stratégies d'approvisionnement, une part importante de nos contributions réside dans les études numériques qui seront menées sur nos modèles a¯n de tester la validité, l'utilité ou la pertinence de certaines hypothèses.

L'ACTH stimule son récepteur au niveau du cortex surrénalien afin d'enclencher la synthèse et la sécrétion de cortisol chez l'humain.L'hypothèse du projet propose qu'il existe une régulation moléculaire de MC2R (melanocortin-2 receptor) qui permet les [i.e. aux] cellules corticosurrénaliennes de s'adapter aux variations physiologiques d'ACTH. Mon projet de doctorat a consisté à utiliser MC2R et MRAP (MC2R accessory protein) recombinés dans les cellules embryonnaires de rein humain (HEK) 293/FRT (Flp recombinase target). J'ai développé ce modèle entièrement humain afin de contourner les problèmes d'expression fonctionnelle de MC2R (avant 2005) dans le but d'approfondir nos connaissances sur la régulation fonctionnelle de MC2R. Les objectifs spécifiques étaient de : 1) Déterminer le rôle des isoformes MRAP1 dans l'expression fonctionnelle de MC2R. 2) Déterminer les différences entre MRAPs. 3) Analyser l'internalisation et le recyclage de MC2R. 4) Déterminer la contribution des 9 serines (S) et thréonines (T) intracellulaires de MC2R dans sa régulation fonctionnelle. 5) Déterminer si la phosphorylation des MAPKs (mitogen-activated protein kinases) induite par l?ACTH est liée au processus d'internalisation de MC2R. Premièrement, MC2R est exprimé à la membrane plasmique des cellules 293/FRT mais de manière non-fonctionnelle. La co-expression de l'une ou l'autre des isoformes MRAP1 (MRAP[alpha] ou MRAP[béta]) humaines augmente l'expression membranaire de MC2R. MRAP[alpha] n'induit pas autant l'expression membranaire de MC2R que MRAP[béta], ce qui se répercute sur la capacité de liaison de l?ACTH et aussi sur les réponses maximales d'AMPc. Par contre, MRAP[alpha] permet une plus grande affinité pour l?ACTH que MRAP[béta], ce qui se traduit par une plus grande sensibilité des cellules à l?ACTH (section 3.1). Deuxièmement, MC2R est N-glycosylé sur ses deux sites de N-glycosylation, mais cette dernière n'est pas requise pour sa fonctionnalité (article non-présenté). Troisièmement, le système ACTH/MC2R/MRAP1/MRAP2 du poisson zèbre a été caractérisé (article non-présenté) et s'est soldé par l'observation que zfMRAP1 procure 10 fois plus de sensibilité à l?ACTH que MRAP[alpha]. Quatrièmement, chaque domaine C-terminal semble servir au triage des protéines MRAP1 au niveau de l'appareil de Golgi car MRAP[alpha] (pré-Golgi), MRAP[béta] (post-Golgi) et leur version tronquée, MRAPdCT (au Golgi), sont préférentiellement localisées dans différents compartiments cellulaires. Les MRAP1s et les MRAP2 modulent l'expression de MC2R. En retour, MC2R augmente l'expression et le ciblage membranaire des MRAP1s (section 3.2). Cinquièmement, l'internalisation de MC2R est clathrine-, dynamine- et arrestine-dépendente. Le recyclage et la resensibilisation de MC2R permet à l?ACTH d'entretenir une production d'AMPc soutenue. Les isoformes MRAP1 internalisent avec MC2R dans des endosomes positifs pour Rab4, Rab5 et Rab11 (section 3.3). Sixièmement, plusieurs S/T sont susceptibles d'être impliquées dans la désensibilisation, l'internalisation et dans la régulation de l'expression membranaire de MC2R. Le résidu T143, cible potentielle de la protéine kinase C (PKC), est critique à l'expression membranaire de MC2R (section 3.3). Finalement, l'activation des voies MAPK n'est pas liée à l'interaction MC2R-arrestine durant l'internalisation (article non-présenté).

Les espèces Neisseria gonorrhoeae et Neisseria meningitidis, sont des bactéries pathogènes obligatoires de l'Homme, qui ont acquis différents mécanismes de défense pour détecter et combattre le stress oxydant généré par les mécanismes de défense de l'hôte lors de l'infection. La protéine PilB périplasmique, ferait partie de ces mécanismes et serait de ce fait associée à leur pathogénicité. PilB est composée de trois domaines : un domaine N-terminal (Nter) à activité disulfure oxydoréductase, et les domaines central et C-terminal à activité Méthionine Sulfoxyde Réductase (Msr) respectivement de classe A et B. L'étude des domaines isolés de PilB avait montré que le domaine Nter réduit sélectivement le domaine MsrB. Par ailleurs, le domaine Nter présente un repliement de type DsbE. Les DsbE sont des disulfure oxydoréductases périplasmiques impliquées dans la maturation des cytochromes c. En particulier, la DsbE1 de N. meningitidis a été identifiée par le Dr Adeline Gand lors de son doctorat.Lors de ma thèse, l'étude des protéines PilB de N. meningitidis et de Fusobacterium nucleatum m'a permis de montrer que : 1) la sélectivité de réduction du domaine Nter pour le domaine MsrB n'est pas conservée, 2) la sélectivité de réduction des domaines Nter observée sur les domaines isolés n'est pas retrouvée sur les PilB entiers ; et 3) dans tous les PilB, la réduction du domaine MsrB par le domaine Nter peut se faire selon un mécanisme intramoléculaire. De plus, nous avons étudié in vivo l'effet de la délétion du gène pilB sur la survie d'une souche de N. meningitidis en présence d'agents oxydants. D'autre part, le domaine N-terminal de la protéine DsbD (nDsbD) de N. meningitidis a été identifié comme étant le réducteur périplasmique de PilB et de la DsbE1 de N. meningitidis. Enfin, la caractérisation de l'activité apocytochrome c réductase de la DsbE1 de N. meningitidis a été complétée par des approches in vitro et in vivo chez N. meningitidis / The Neisseria gonorrhoeae and Neisseria meningitidis species are human obligatory pathogenic bacteria, which acquired various defense mechanisms to detect and fight oxidative stress generated by mechanisms of host defense during infection. The periplasmic PilB protein, specific to these bacteria, would be part of such mechanisms and would be associated with their pathogenicity. PilB is composed of three domains: an N-terminal domain (Nter) with disulfide oxidoreductase activity, and central and C-terminal domains with Methionine sulfoxide reductase activity (Msr) of A and B class respectively. The study of isolated domains of PilB showed that the Nter domain selectively reduced MsrB domain. Moreover, this Nter domain presents a DsbE-fold. The DsbE are periplasmic disulfide oxidoreductases involved in the maturation of cytochrome c. In particular, Dr. Adeline Gand identified the DsbE1 from N. meningitidis during his PhD. During my PhD, the study of PilB proteins from N. meningitidis and Fusobacterium nucleatum allowed me to show that: 1) the selective reduction of Nter domain for the MsrB domain is not conserved, 2) the selective reduction of Nter domains observed on the isolated domains is not found in entire PilB, and 3) in all PilB, the MsrB domain reduction by Nter domain could be an intramolecular mechanism. Moreover, we studied the in vivo effect of the pilB gene deletion on the survival of a strain of N. meningitidis in the presence of oxidants. And, the N-terminal domain of DsbD protein (nDsbD) from N. meningitidis was identified as the reducing partner of periplasmic PilB and DsbE1 of N. meningitidis. Finally, the characterization of apocytochrome c reductase activity of DsbE1 N. meningitidis was complemented by in vitro and in vivo approaches in N. meningitidis