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

La citoyenneté opère un retour en force dans le domaine environnemental, visible tant dans les dispositifs de participation destinés à inclure l’ensemble des citoyens dans les prises de décision, que dans des mouvement de contestation voire des résistances à des projets d’aménagement ou certains usages de l’espace. Ces deux types d’expériences participatives constituent pour ceux qui y prennent part - citoyens, acteurs associatifs, élus, professionnels des politiques publiques - de véritables lieux d’apprentissages politiques. Par l’exploration d’une procédure institutionnalisée de participation (une conférence de citoyens sur la gestion de l’eau) et d’une mobilisation contestataire (contre le gaz de schiste), ce travail identifie d’une part ce que les acteurs apprennent, et d’autre part les modalités par lesquelles ils apprennent. L’enquête ethnographique et le recours aux sciences de l’éducation font l’originalité de cette recherche qui propose de décrire et d’analyser finement des expériences d’apprentissages politiques, d’éducation au conflit comme à la participation. / Citizenship has been making a strong resurgence in the environmental field, visible both in institutionalised procedures intended to include all citizens in decision-making, and in protest movements or resistance to some planning projects or land uses. For those who take part - citizens, members of associations, policy makers and public policy professionals -, these two kinds of participatory experiences represent significant spaces for political learning. Through the exploration of an institutionalised procedure for public participation (a citizens’ conference on water management) and a protest movement (against shale gas), this work identifies what actors learn on the one hand, and the learning methods on the other. The ethnographic survey and the use of educational sciences constitute the originality of this research which describes and analyses experiments in political learning, education to conflict as well as participation.

Les travaux présentés dans ce mémoire sont principalement consacrés à l’étude des processus d’adsorption des ions phosphate par des matériaux naturels de Côte d’Ivoire : le schiste ardoisier; le grès et la latérite. L’objectif final est une application de ces matériaux comme massifs filtrants de marais artificiels pour la déphosphatation des ERU (Eaux Résiduaires Urbaines (ERU)). Dans un premier temps, la réactivité des ions phosphate a été abordée vis-à-vis du schiste en réacteurs « batch » et colonne. L’influence de différents paramètres physicochimiques a été caractérisée. La capacité d’adsorption diminue avec la dose de schiste qui augmente. Elle dépend du pH et diminue lorsque celui-ci augmente dans la gamme 2-11 puis ré-augmente au-delà. Une corrélation entre concentration aqueuse en ions calcium, magnésium, aluminium et fer issus de la dissolution du schiste et concentration en ions phosphate en solution a été établie. Une cinétique de pseudo-second ordre a été mise en évidence et les isothermes ont été décrites à partir du modèle de Langmuir. Les expériences réalisées en réacteur colonne, pour une concentration initiale en ions phosphate de 25 mg L-1 et à un débit de 0,23 ml min-1 présentent une percée à V/Vp = 17 correspondant à une capacité de sorption de 0,2 mg g-1en accord avec les expériences en réacteur « batch ». Un réacteur micro-pilote de type marais artificiel à écoulement vertical saturé garni de schiste ardoisier a été développé et les performances vis-à-vis des ions phosphates, de l’azote, des MES (Matières En Suspension) et de la matière organique ont été évaluées. L’influence de la granulométrie du massif filtrant et de la densité de culture du panicum maximum sur la performance de ce micro-pilote a été établie. Le filtre de schiste de granulométrie la plus fine présente une performance épuratoire légèrement supérieure. Le débit d’infiltration dans les filtres diminue après traitement de l’ERU et le taux de colmatage est moins élevé pour les filtres plantés. La densité de culture la plus élevée conduit à une performance épuratoire légèrement plus favorable. La capacité d’adsorption des ions phosphates liée aux plantes seules est faible, confirmant l’importance du choix du massif filtrant. La réactivité des ions phosphate a été finalement étudiée vis-à-vis du grès et de la latérite en réacteurs « batch » et colonne. Le statut du fer, en substitution dans des argiles pour le schiste et sous forme d’hématite et goethite dans la latérite et le grès influence la réactivité du matériau. L’ordre d’efficacité des adsorbants a été établi comme suit : latérite ≥ grès ≥ schiste. Ces trois matériaux offrent des perspectives intéressantes en tant que massifs filtrants de marais à flux vertical saturé / This thesis is devoted to the study of phosphate ions adsorption processes by natural minerals of Ivory Coast, i.e. shale, sandstone and laterite mainly. Phosphate sorption by shale was first investigated in batch and column experiments. Batch experiments allowed the assessment of the influence of initial phosphate concentration, sorbent dosage, contact time, and pH on phosphate removal. The phosphate removal efficiency increased with increasing shale dosage while phosphate uptake decreased. Phosphate uptake strongly depended on pH, decreasing first with increasing pH in the range of 2-11 and then increasing at the highest pH value of 12. A correlation between aqueous Ca, Mg, Al, and Fe concentrations and phosphate uptake was observed. The kinetics was well described using the pseudo-second order model and isotherms with Langmuir sorption model. Column experiments with a flow rate of 1 ml min-1 and 25 mg L-1 initial phosphate concentration showed a breakthrough point at V/Vp of ~17 corresponding to a phosphate uptake of 0.2 mg g-1 in agreement with batch experiments. The performance of shale was evaluated as filter material in (Vertical Flow Constructed Wetland) VFCW in removal of phosphate ions, nitrogen, suspended solids, and organic compounds, using municipal wastewater. The influence of both shale granulometry and plants density was evaluated. The shale with the finest particle size offers a slightly higher efficiency. The flow rate decreased after wastewater treatment and the fooling is less pronounced for planted VFCW. The filter with the highest plant density offers only slightly higher efficiency towards phosphate and nitrate removal. The phosphate sorption capacity of the plants is negligible confirming the importance in the choice of the filter medium. Finally, phosphate removal by shale was compared to sandstone and laterite in both batch and column experiments. The different chemical compositions of the materials influence strongly the reactivity towards phosphate ions. It is supposed that the status of iron in the material, i.e. in substitution in clays in shale and occurring as hematite and goethite in laterite and sandstone, explained the differences of reactivity. Both batch and column experiments revealed that phosphate uptake decreased in the following ranking order laterite > sandstone > shale. These three materials appear as promising filter materials in VFCW

S’inscrivant dans la volonté du Ministère des Transports du Québec d’utiliser le béton léger dans des travaux de réparation, mais également pour de nouvelles structures, l’objectif principal de ce projet réside dans l’établissement d’une base scientifique offrant une meilleure compréhension des propriétés clés de ce matériau. Plusieurs volets expérimentaux ont donc été effectués dans le but de caractériser les propriétés mécaniques, le risque de fissuration et les résistances au gel-dégel et à l’écaillage d’un béton fabriqué avec des gros granulats de schiste expansé. Deux paramètres se trouvent au coeur de cette étude : d’une part, la teneur en eau des granulats légers, d’autre part, la quantité d’eau qu’ils relâchent et devant être comptée dans le rapport E/L (MAD). Les résultats expérimentaux de cette étude démontrent la possibilité de fabriquer au Québec un mélange de béton léger avec des propriétés mécaniques et une durabilité au gel satisfaisantes, bien que l’estimation du paramètre MAD soit encore mal maitrisée et ceci, d’autant plus que la teneur en eau effective des GL est élevée. / Over the years, lightweight aggregate concrete (LWAC) has been used in many building projects, notably in the USA and Nordic countries, but only in a few in Quebec. The aim of this project is to establish a better understanding of the fundamental properties of LWAC for a possible use in repairs and new structural projects. Several experimental phases were conducted in order to evaluate the mechanical properties, the cracking risk, the resistance of rapid freezing and thawing and the scaling resistance of a LWAC made with expanded shale coarse aggregate. We focused on two factors: the LWA water content and the evaluation of the quantity of water from LWA counted in the water/binder ratio. The experimental results show that, even if the understanding of the movements of water around the LWA is not yet total, mechanical properties and durability meeting structural standards can be obtained. For many properties like the cracking risk and the freezing resistance, LWAC are even better than usual concrete.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / L’analyse de la controverse sur le gaz de schiste en France et au Québec à un niveau intermédiaire (méso) permet de souligner les processus de construction et contestation sociale et politique des différents cadrages soutenus par les réseaux d’acteurs en concurrence. Les dynamiques d’intéressement à l’intérieur et à l’extérieur de l’action publique illustrent les multiples scènes et forums dans lesquels se déploie la controverse. L’analyse de la construction de ce problème public et ses diverses redéfinitions démontre le rôle central du cadrage politique des controverses. Les solutions retenues définissent tout autant qu’elles tentent de réduire le risque relatif à cette nouvelle industrie gazière (face à un risque cadré comme technologique en France, on observe un cadrage sur l’acceptabilité sociale au Québec). Il s’agit alors d’insister particulièrement sur la dimension procédurale de problématisation des enjeux au regard du recours à la participation publique et à l’expertise scientifique. Les multiples acteurs de cette controverse sont interrogés : les participants à la mobilisation sociale mais aussi les acteurs de l’industrie et des structures politiques et administratives, afin de dresser la cartographie de leur position mais aussi de leurs discours depuis les prémices de cette nouvelle activité industrielle d’exploration du gaz de schiste (2008) jusqu’aux derniers rebondissements politiques (2015). Cette recherche s’appuie sur un corpus d’entretiens qualitatifs (40) mais aussi d’articles de presse écrite (2 400) ainsi que sur l’analyse qualitative et quantitative des divers rapports et commissions de travail sur le gaz de schiste. MOTS-CLÉS Gaz de schiste, controverse, traduction, problème public, hydrocarbures non conventionnels, fracturation hydraulique, expertise, intéressement, comparaison, risque technologique, acceptabilité sociale. / The analysis of the shale gas controversy in France and Quebec at an intermediate (meso) level stresses the social and political construction and dispute processes of the various framings supported by contesting actors’ networks. “Interestment” dynamics both inside and outside public policies show the multiple scenes and forums in which the controversy unfold. The analysis of how this public problem is built and its various redefinitions shows the core role of political framing of controversies. The solutions define as well as they reduce the risk related to this new industry (a technological risk in France and a frame on social acceptability in Quebec). It is then important to stress the procedural dimension of problematizing the stakes regarding public participation and scientific expertise. This study questions the various actors of the controversy, those of social mobilization, the industry and the political and administrative structures, to map both their position and their discourses since the beginnings of the new industrial activity of exploring for shale gas (2008) to the latest political developments (2015). This study is based on a corpus of qualitative interviews (40), press articles (2 400) and a qualitative and quantitative analysis of the various reports and committees on shale gas. KEYWORDS Shale gas, controversy, translation, public problem, unconventional hydrocarbons, hydraulic fracturing, expertise, interestment, comparison, technological threat, social acceptability.

Une étude de caractérisation intégrée de pétrographie et géochimie organique a été réalisée dans les bassins de Sabinas et Chihuahua au Nord-Est du Mexique. Ces informations ont permis une modélisation numérique de la formation du gaz en considérant la subsidence thermique des charbons et des shales à gaz. Les objectifs de cette thèse sont les suivants: mise en place d'une méthodologie de caractérisation des roches étudiées ; estimation du potentiel générateur de gaz et sa distribution régionale ; estimation des ressources en gaz méthane. Les analyses effectuées sur l'ensemble des échantillons ont permis de caractériser la roche, les kérogènes, les huiles et les gaz. La méthodologie utilisée permet de croiser les informations pétrographiques et géochimiques pour pouvoir analyser le système pétrolier par modélisation numérique. Les analyses réalisées sont: réflectance% Ro, analyse élémentaire et immédiate, Rock Eval6 ® (Bulk Rock), [delta]13C, [delta]D, (gaz de charbon), microscopie électronique à balayage, analyse d'images, analyse des macéraux et inclusions fluides. Un programme informatique a été construit afin de croiser l'information des analyses des échantillons avec celle des expériences de maturation artificielle en laboratoire. Cette démarche nous à permis d'estimer les ressources en gaz méthane à la fois généré par les charbons et les shales gaz. La méthodologie utilisée pour l'étude des kérogènes et des gaz dans les deux bassins est à notre avis la plus appropriée pour répondre aux objectifs proposés dans ce travail de thèse. Celle-ci permet de caractériser l'évolution thermique des charbons, shales gas (gaz de schiste), et roches mères pétrolières / This comprehensive characterization study was performed using organic petrology and geochemistry conducted in the Sabinas basin and Chihuahua in northern Mexico. This information allowed a numerical modeling of gas formation, considering the thermal subsidence of coal and carbonaceous shales.The objectives of this thesis are: establish a characterization methodology for the studied rocks ; estimate potential gas generator and its regional distribution ; estimate the methane gas resources. For the development of this project, we conducted an intensive campaign representative sampling of coal, carbonaceous shales and coal gas "in situ". For the Sabinas basin were studied 97 samples and 114 samples in the basin of Chihuahua. The analyses carried out that were used on the samples analyzed allowed to characterize the kerogen and gas. The methodology used to cross petrographic and geochemical information to analyze the petroleum system by numerical modeling. Analyses were: Petrographic, reflectance %Ro, elemental analysis and immediate, Rock Eval6 ® (Bulk rock), isotopic analysis, [delta]13C, [delta]D, (coal gas), scanning electron microscopy, image analysis and analysis of macerals fluid inclusions. The analyzes that were used on the samples allowed to characterize the sample, the kerogen and gas. The methodology used to cross petrographic and geochemical information for analyze the oil system by numerical modeling. Analyses were: Petrographic, reflectance% Ro, elemental analysis and immediate, Rock Eval6 ® (Bulk rock), isotopic analysis, d13C, dD, (coal gas), scanning electron microscopy, image analysis and analysis of macerals fluid inclusions. A computer program was constructed to cross the information with the analysis of samples of artificial maturation experiments in the laboratory. This approach allowed estimation of methane gas resources generated by coal and carbonaceous shales. [...] In conclusion, between the two basins studied, the Sabinas basin, generates more gas for industrial exploitation. However, the rocks of the basin of Chihuahua unconventional types (shale gas) show good potential for hydrocarbon generation. The methodology used for the study of kerogen and gas in the two basins is in our opinion the most appropriate to meet the objectives proposed in this thesis. This allows to characterize the thermal evolution of coal, carbonaceous shale (shale gas), coal gas and hydrocarbon source rocks

L’analyse de la controverse sur le gaz de schiste en France et au Québec à un niveauintermédiaire (méso) permet de souligner les processus de construction et contestation sociale etpolitique des différents cadrages soutenus par les réseaux d’acteurs en concurrence. Lesdynamiques d’intéressement à l’intérieur et à l’extérieur de l’action publique illustrent lesmultiples scènes et forums dans lesquels se déploie la controverse. L’analyse de la construction dece problème public et ses diverses redéfinitions démontre le rôle central du cadrage politique descontroverses. Les solutions retenues définissent tout autant qu’elles tentent de réduire le risquerelatif à cette nouvelle industrie gazière (face à un risque cadré comme technologique en France,on observe un cadrage sur l’acceptabilité sociale au Québec). Il s’agit alors d’insisterparticulièrement sur la dimension procédurale de problématisation des enjeux au regard du recoursà la participation publique et à l’expertise scientifique. Les multiples acteurs de cette controversesont interrogés : les participants à la mobilisation sociale mais aussi les acteurs de l’industrie et desstructures politiques et administratives, afin de dresser la cartographie de leur position mais ausside leurs discours depuis les prémices de cette nouvelle activité industrielle d’exploration du gaz deschiste (2008) jusqu’aux derniers rebondissements politiques (2015). Cette recherche s’appuie surun corpus d’entretiens qualitatifs (40) mais aussi d’articles de presse écrite (2 400) ainsi que surl’analyse qualitative et quantitative des divers rapports et commissions de travail sur le gaz deschiste. / The analysis of the shale gas controversy in France and Quebec at an intermediate (meso)level stresses the social and political construction and dispute processes of the various framingssupported by contesting actors’ networks. “Interestment” dynamics both inside and outside publicpolicies show the multiple scenes and forums in which the controversy unfold. The analysis ofhow this public problem is built and its various redefinitions shows the core role of politicalframing of controversies. The solutions define as well as they reduce the risk related to this newindustry (a technological risk in France and a frame on social acceptability in Quebec). It is thenimportant to stress the procedural dimension of problematizing the stakes regarding publicparticipation and scientific expertise. This study questions the various actors of the controversy,those of social mobilization, the industry and the political and administrative structures, to mapboth their position and their discourses since the beginnings of the new industrial activity ofexploring for shale gas (2008) to the latest political developments (2015). This study is based on acorpus of qualitative interviews (40), press articles (2 400) and a qualitative and quantitativeanalysis of the various reports and committees on shale gas.

Sous l’angle des controverses économiques et environnementales autour des hydrocarbures non conventionnels, cette thèse contribue au développement des outils de la modélisation intégrée sous deux aspects : leur capacité à représenter la dynamique de long terme des marchés de l’énergie ; la prise en compte des liens entre l’économie et la dynamique des différents gaz à effet de serre.Dans le premier cas, un jeu de simulations avec le modèle Imaclim-R met en évidence les impacts économiques du gaz et pétrole de schiste à travers (i) les liens entre trajectoires de crois-sance et inerties techniques ; (ii) la conditionnalité des gains de compétitivité des États-Unis aux stratégies implicites ou explicites de ce pays en matière de spécialisation internationale et de régime de change. Au détour de ces simulations nous étudions (α) les processus d’ajustement vers l’équilibre de long terme, en regardant les conditions d’obtention et de convergence des équilibres temporaires du modèle ; (β) les limites de tractabilitéd’une maquette stylisée du modèle reproduisant les mécanismes centraux.Dans le deuxième cas est traitée la question du rôle du méthane à court et long terme dans les stratégies climatiques. L’intégration du modèle réduit du système terrestre Oscar2.2 aumodèle Imaclim-R permet d’apprécier le rôle du méthane dans les coûts de l’atténuation et d’évaluer le risque d’émissions fugitives en tête de puits de gaz de schiste. Les simulations montrent que d’une part, l’avantage économique de la disponibilité en gaz de schiste peut être nuancé au regard du coût induit par ces émissions fugitives. D’autre part, les stratégies climatiques ambitieuses visant à limiter les augmentations de température bien en deçà de 2° voir 1.5°C nécessitent un contrôle plus immédiat des émissions de méthane. / From the perspective of economic and environmental controversies over unconventional oil and gas resources, this thesis contributes to the development of integrated modelling tools intwo aspects : their ability to reflect the long-term dynamics of energy markets ; and the consideration of the links between the economy and the dynamics of the various greenhouse gases.In the first case, a set of simulations with the Imaclim-R model highlights the economic impacts of shale gas and light tight oil through (i) the links between growth paths and technicalinertia ; (ii) the conditionality of US competitiveness gains on implicit or explained strategies ; and (iii) the conditionality of US competitiveness gains on this country implicit or explicit strategies in terms of international specialization and exchange rate regime. In the course of these simulations, we study (α) the adjustment processes towards the long-term equilibrium, looking at the conditions of existence and convergence of the model temporary equilibria ; (β) the tractability limits of a stylized model of Imaclim-R reproducing the main mechanisms.In the second case, the question of the role of methane in short and long term climate strategies is addressed. The integration of the Oscar2.2 Earth System model into the Imaclim-Rmodel is used to assess the role of methane in terms of mitigation costs and to assess the risk of emissions leakage at shale gas wellheads. The simulations show that, on the one hand, theeconomic advantage of shale gas availability can be balanced against the costs induced by these emissions leakage. On the other hand, the ambitous climate strategies aiming at limitingtemperature increases well below 2° or 1.5°C require a more instant control of methane.