Depuis la révolution industrielle, les croissances économique et démographique ont augmenté de manière exponentielle induisant l’augmentation de la combustion d’énergies fossiles, telles que le charbon, le pétrole, et le gaz naturel. La combustion de ces sources d’énergie conduit à l’émission de gaz à effet de serre, principalement le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4), qui par leur accumulation dans l’atmosphère entraînent une augmentation de l’effet de serre. Selon le GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat), l’implication des émissions anthropiques dans l’augmentation de l’effet de serre est extrêmement probable avec un pourcentage de certitude qui dépasse 95%. Toutefois, l’estimation des bilans régionaux d'émissions de GES reste très incertaine. L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’amélioration de l’estimation des bilans régionaux de GES en France, en utilisant pour la première fois les concentrations atmosphériques du CO2 et de CH4 mesurées par le réseau ICOS (Integrated Carbon Observation System) et la modélisation inverse à l’échelle régionale.Dans un premier temps, on s’est focalisé sur l’étude des concentrations mesurées de CO2, CH4 et CO (monoxyde de carbone) fournis par des stations de surface. Cette étude a pour objectif l'identification des mesures atmosphériques contaminées par les émissions locales (quelques kilomètres au tour de la station) et qui provoque ce qu’on appelle « les pics de concentrations ». Trois méthodes ont été appliquées sur des séries temporelles fournies par quatre stations du réseau ICOS, afin de déterminer leur degré de contamination. Les résultats des différentes méthodes ont été comparés entre eux, puis comparés à un inventaire de données contaminées préparé manuellement par les gestionnaires des stations. Cette comparaison a permis l’évaluation de la performance des trois méthodes pour la détection réussie des pics. À l’issue de ce travail, la méthode la plus performante a été proposée pour effectuer un nettoyage automatique des séries de mesure du réseau ICOS.Dans un deuxième temps, le modèle régional de chimie-transport CHIMERE est utilisé pour simuler les concentrations atmosphériques du CO2 et du CH4 de l’année 2014 sur un domaine centré sur la France. L’objectif de cette étude est d’étudier la sensibilité des concentrations simulées en utilisant différentes données d’entrées. Premièrement, on étudie la sensibilité des concentrations simulées par rapport au transport en utilisant deux modèles météorologiques AROME et ECMWF. Deuxièmes, on analyse la sensibilité des concentrations simulées face aux différentes cartes d’émissions. Dans cette dernière étape, on étudie les différences entre les cartes d’émissions anthropiques séparément des cartes d’émissions biogéniques. Ce travail nous permet de quantifier à la fois les erreurs liées aux transports et les erreurs liées aux flux d’émissions. La meilleure combinaison des données d’entrée va être sélectionnée pour l’étape d’inversion des flux.Dans un dernier plan, les mesures atmosphériques des concentrations de CO2 et du CH4 sont utilisées par le système d’inversion PYMAI (Berchet et coll., 2013 et 2015) afin d’estimer les bilans régionaux d'émissions des principaux GES en France. L’inversion s’est exécutée pour un mois d’hiver (janvier) et un mois d’été (juillet) en utilisant le modèle de transport CHIMERE forcé par ECMWF et les flux de surface (EDGAR et VPRM). Le résultat de ce travail permet une réduction des incertitudes des bilans nationaux à hauteur de 35 %, et la quantification les émissions de CO2 et de CH4 à l'échelle nationale et régionale. Par contre, cette inversion ne contraint que partiellement les flux d’émissions. Cependant, la question sur l’efficacité de la quantité d’informations disponibles ressort à nouveau. / Since the industrial revolution, the economic and the demographic growths have increased exponentially,leading to an enhancement of the fossil fuels combustion, such as coal, oil, and natural gas. Consumingthese source of energy amplifies the greenhouse gas emissions, mainly carbon dioxide (CO2) and methane(CH4), whose accumulation in the atmosphere lead to the increase of the greenhouse effect. According tothe 5th assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), it is extremely likely(95-100% of certainty) that the observed increase in the greenhouse effect is related to the increase of theanthropogenic emissions. However, the estimations of the GHG budget at the regional and the nationalscales remains highly uncertain. The aim of this thesis is to improve the estimation of the CO2 and CH4fluxes in France, using data assimilation techniques and atmospheric measurements provided by theIntegrated Carbon Observation System (ICOS) network.The first phase focuses on analyzing the measured CO2, CH4, and CO (Carbon monoxide) atmosphericconcentrations provided by surface monitoring stations. This study is concerned with the problem ofidentifying atmospheric data influenced by local emissions that can result in spikes in the GHG time series.Three methods are implemented on continuous measurements of four contrasted atmospheric sites. The aimof this analysis is to evaluate the performance of the used methods for the correctly detect the contaminateddata. This work allows us to select the most reliable method that was proposed to perform daily spikedetection in the ICOS Atmospheric Thematic Centre Quality Control (ATC-QC) software.Secondly, we simulate the atmospheric concentrations of CO2 and CH4 using the chemistry transport modelCHIMERE in a domain centered over France for the year 2014. The objective of this study is to evaluate thesensitivity of simulated concentrations using different input data (sensitivity to the meteorological transportand sensitivity to the surface fluxes). This work led to the quantification of both the transport and surfacefluxes errors based on the combination of different simulations. Thus, the most reliable combination of thebest input data was selected for the flux inversion study.Lastly, the measured CO2 and CH4 concentrations are used by the PYMAI inversion system (Berchet et al.,2013 and 2015) in order to estimate the CO2 and CH4 fluxes in France. The Inversion is performed for onemonth in winter (January) and one month in summer (July), using the transport model CHIMERE. Theinversion results have provided very interesting results for the regional estimation of the CO2 and CH4surface fluxes in France with an uncertainty reduction that may attain 35% of the national totals.

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Les effets négatifs des changements climatiques et des vulnérabilités auxquels font face les pays en voie de développement imposent des stratégies d’adaptation. Incidemment, les débats sur les changements climatiques n’ont pas épargné le Togo, petit pays situé en Afrique occidentale, avec peu de saisons variées. Sa vulnérabilité a donc poussé les décideurs à promulguer des lois dans le but d’atténuer les effets de ces changements climatiques et permettre au pays de respecter les documents nationaux et les accords internationaux, notamment la Convention-cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques (CCNUCC). Ce mémoire a pour mission d’évaluer la capacité du Togo à atteindre ses objectifs dans le domaine spécifique de l’agriculture. / The negative effects of climate change and the vulnerabilities faced by developing countries require adaptation strategies. Incidentally, the debates on climate change have not spared Togo, a small country located in West Africa, with few varied seasons. Its vulnerability has therefore prompted decision makers to enact laws with the aim of mitigating the effects of these climate changes and enabling the country to comply with national documents and international agreements, in particular the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). This dissertation aims to assess the capacity of Togo to achieve its objectives in the specific field of agriculture.

L'intensité et la fréquence des feux de forêt ont augmenté dans les paysages nordiques, perturbant le cycle et le transport du carbone dans les continua terrestres-aquatiques. Cependant, l’effet des feux de forêt sur la dynamique du carbone lacustre reste méconnu en raison du manque d'études comprenant des comparaisons interrégionales et des bilans de carbone incluant différentes formes avec des destins (évasion, export, stockage) contrastés. Nous avons analysé la concentration et la proportion des formes dominantes du carbone (Carbone Organique Dissout (COD), Carbone Inorganique Dissout (CID), Carbone Organique Particulaire (COP), CO2, CH4) dans 54 lacs situés dans des bassins versants brûlés par rapport à des bassins versants témoins dans 3 régions nordiques tempérées et boréales du Québec et du Minnesota, sur un gradient de 3 ans après le feu. Dans l'ensemble, les lacs étaient plus semblables à l'intérieur des régions qu'entre les régions, indépendamment du feu, mais il y avait des effets intrarégionaux du feu. Le COD a augmenté dans les lacs des bassins versants brûlés malgré l'absence d'effet significatif sur les concentrations de CO2 et de CH4. En outre, les feux de forêt augmentent la contribution du COD aux bilans total de carbone du lac, ce qui favorise la réduction de la transparence de l'eau et augmente le potentiel de transformation in-situ du carbone par minéralisation. Ce changement de la dynamique de C dans les lacs, qui se traduit par une augmentation de la quantité et de la proportion de COD, suggère que les feux de forêt causent une exportation de carbone dans les bassins versant boréaux, dont le destin reste inconnu. Grâce à l'intégration de diverses formes de carbone ayant des taux de renouvellement et des destins différents, cette étude met en évidence un effet supplémentaire du feu sur le cycle du carbone, détectable à plus long terme que la perte directe de carbone terrestre due à la combustion de la végétation, dont l'importance au niveau du bassin versant reste à déterminer et qui pourrait avoir un impact sur le cycle du carbone à l'échelle mondiale. / Wildfires' intensity and frequency have increased across northern landscapes, disrupting carbon cycling and transport across terrestrial-aquatic continua. However, it remains unclear how lake carbon dynamics respond to fires due to the lack of studies including cross-regional comparisons and carbon budgets with more than two C forms. We analyzed the concentration and distribution of the dominant C forms (Dissolved Organic Carbon (DOC), Dissolved Inorganic Carbon (DIC), Particulate Organic Carbon (POC), CO2, CH4,) in 54 lakes in burned vs control catchments in three north temperate and boreal regions of Quebec and Minnesota within a 3-year post-fire gradient. Overall, lakes were more similar within than among regions regardless of fire, but there were intraregional fire effects. DOC increased in lakes in burned watersheds despite no significant effect on concentrations of CO2 and CH4. We showed that the fire effect was most apparent when accounting for climate and local geomorphologic lake properties. In addition, wildfires increase the contribution of DOC to whole-lake C budgets favouring reduction of water transparency and greater opportunity for in-situ carbon processing through mineralization. This lake C dynamic change through an increased quantity and proportion of DOC suggests a potential long-term firemediated carbon export with a yet undetermined fate in boreal watersheds. Through the integration of various C forms with different turnover rates and fates, this study highlights an additional fire effect on C cycling that is detectable at a longer time scale than the direct terrestrial C loss from burned vegetation which importance at the watershed level remains to be determined and may impact global C cycling.

Ce mémoire de maîtrise utilise une approche désagrégée pour estimer les émissions de gaz à effet de serre (GES) liées à la mobilité des résidents de la région de Québec et pour mettre en évidence l'impact de différents déterminants sur ces émissions. Le bilan des émissions par répondant révèle des profils de mobilité différents suivant le lieu de résidence. En effet, nous montrons que les résidents des zones périphériques produisent plus du double d'émissions de GES que ceux des zones centrales. Différents modèles économétriques sont estimés pour évaluer l'impact sur les émissions des caractéristiques des répondants, des ménages, de la forme urbaine et de l'offre de transport en commun à proximité du domicile ainsi que du prix de l'essence. Les impacts de ces déterminants sont aussi évalués en fonction du motif de déplacement (travail, loisir, magasinage). Le sexe du répondant, son statut professionnel et la structure familiale de son ménage ont tous un impact significatif sur les émissions de GES liées à la mobilité. Par exemple, les femmes produisent en moyenne 24% moins d'émissions que les hommes. On constate également des économies d'échelles au sein des ménages, un couple ne produisant que 60% plus d'émissions qu'une personne seule. Les variables de forme urbaine testées ont un impact relativement modeste sur les émissions, indiquant que des changements majeurs dans l'aménagement territorial seraient nécessaires pour arriver à une réduction marquée des émissions liées à la mobilité. Par exemple, une augmentation de 10% de la densité de logements entraînerait une diminution d'environ seulement 1% des émissions; ce résultat est conforme aux conclusions d'études récentes. Quant au lieu de travail d'un répondant, chaque km le séparant de sa résidence implique 0,28 kg d'équivalent CO2. Selon nos résultats, l'étalement urbain mesuré par la distance entre le domicile et le centre-ville de Sainte-Foy affecte fortement les émissions, chaque km supplémentaire les séparant impliquant 0,23 kg d'équivalent CO2 de plus. Les mesures d'offre de transport en commun n'ont quant à elles pas d'impact significatif sur les émissions de GES. Pour ce qui est du prix de l'essence, son impact n'est pas statistiquement significatif, suggérant la faible élasticité de la mobilité automobile par rapport au prix de l'essence.

Cette thèse étudie l'interaction entre les stations d’épuration (STEP) et le changement climatique: soit en premier lieu la production ainsi que les émissions de gaz à effet de serre (GES), en particulier le protoxyde d’azote (N2O), généré à la STEP et en second lieu l’effet des pluies plus intenses dues aux changements climatiques sur la STEP. Des campagnes de mesure sur le terrain et la modélisation à échelle réelle ont été utilisées conjointement dans cette recherche. Une campagne de mesure d'une durée d’un mois a été réalisée dans une STEP traitant les eaux usées de 750,000 équivalents habitants, soit la STEP d’Eindhoven aux Pays-Bas. Des capteurs en ligne ont été installés dans la zone d'aération du bioréacteur. Une usine virtuelle de grande échelle, soit la STEP décrit par le Benchmark Simulation Model No.2 (BSM2), ainsi qu’une usine réelle de grande échelle, soit la STEP d’Eindhoven aux Pays-Bas, étaient incluses dans cette étude. Dans les deux cas, les modèles ont été modifiés afin de prendre en compte les GES, en particulier la production de N2O. Deux modèles de boues activées (ASM) ont été développés, soit l’ASMG1 et l’ASMG2d. En plus de la conversion de N2O par les bactéries hétérotrophes, les deux modèles sont en mesure de simuler la production de N2O par la dénitrification catalysée par les bactéries oxydant l'ammoniac (AOB). Les modèles décrivent aussi l'effet de l’oxygène dissous (OD) sur la cinétique de production de N2O par les AOB grâce à une modification de la cinétique d’Haldane. Les résultats montrent que les AOB produisent beaucoup de N2O tandis que les hétérotrophes en consomment considérablement. Les émissions de N2O augmentent lorsque les concentrations de NH4+ sont élevées et que les concentrations d’OD sont modérées (jusqu’à 2.5 mg O2/l dans cette étude). Ces conditions peuvent avoir été créées par le contrôle en cascade de NH4+-OD qui vise à réduire la consommation d'énergie en diminuant les concentrations d'OD lorsque la concentration de NH4+ est suffisamment faible. En outre, ce contrôleur en cascade est une stratégie de rétroaction à gain faible. C'est-à-dire, un retard significatif se produit entre la détection d'une augmentation de NH4+ et l'accroissement de l'aération. Toutes ces propriétés produisent des conditions favorables à la production de N2O par les bactéries AOB. Différents scénarios alternatifs ainsi que des stratégies de contrôle ont été comparés selon la qualité de l'effluent, le coût d’opération et les émissions de GES. Dans le cadre de BSM2, un bon équilibre entre la qualité de l'effluent, le coût d’opération et les émissions de GES a été obtenu avec à la mise en œuvre d'un contrôleur rétroactif pur de l’OD sur la première zone d'aération et d’un contrôleur en cascade de NH4+-DO sur les deux zones d'aération suivantes et en utilisant soit une stratégie d'alimentation étagée ou le contrôle du recyclage des boues afin de gérer les pics de débits. Mots-clés: Traitement des eaux usées par boues activées, contrôle de procédé, campagne de mesures en terrain, modélisation mathématique à échelle grandeur réelle, gaz à effet de serre, protoxyde d’azote, temps de pluie. / This PhD thesis studied the interaction between wastewater treatment plants (WWTPs) and climate change, i.e. the production and emission of greenhouse gases (GHGs), especially nitrous oxide (N2O), from WWTPs and the effect of the climate change induced more intense rain events on WWTPs. Both field measurements and full-scale modelling were pursued in this research. A one-month measurement campaign was performed by installing on-line sensors at the aeration zone of the bioreactor of a 750,000 person equivalents WWTP, i.e. the Eindhoven WWTP in the Netherlands. The models of a full-scale virtual plant, i.e. the Benchmark Simulation Model No.2 (BSM2), and a full-scale real plant, i.e. the Eindhoven WWTP in the Netherlands, were extended with respect to GHG emissions, especially the pathways involving N2O. Two types of extended Activated Sludge Models (ASM) were developed, i.e. ASMG1 for COD/N removal and ASMG2d for COD/N/P removal. Besides heterotrophic N2O production, both proposed models include N2O production by nitrite denitrification by ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and describe the DO effect on AOB N2O production by a modified Haldane kinetics term. Results showed that AOB are the major producer of N2O while the heterotrophs consume N2O considerably. The high N2O emissions occurred under high NH4+ and intermediate DO concentrations (up to 2.5 mg O2/l in this work). Such conditions can be created by NH4+-DO cascade control which aims at reducing energy consumption by lowering the DO concentrations when the NH4+ concentration is sufficiently low. Moreover, this cascade controller is a low-gain feedback control strategy, i.e. a significant delay will occur between the detection of a NH4+ increase and the increase in aeration. All these properties lead to conditions favourable to N2O production by AOB. Different alternative scenarios and control strategies were compared in terms of effluent quality, operational cost and GHG emissions. In the framework of BSM2, a good balance among effluent quality, operational cost and GHG emissions was realized by implementing a pure DO feedback controller in the first aeration zone and a NH4+-DO cascade controller in the following two aeration zones and using either step feed or sludge recycling control to deal with hydraulic shocks. Keywords: Activated sludge, wastewater treatment, process control, field measurements, full-scale mathematical modelling, greenhouse gases, nitrous oxide, wet weather conditions.

L’autopartage est un concept qui s’est développé en Europe au début des années 90. Ce service s'adresse à une clientèle (particuliers ou entreprises) qui utilise sporadiquement la voiture ou qui, par choix ou en raison de contraintes, ne possède pas de voiture. La voiture est "partagée" entre plusieurs abonnés qui peuvent l'utiliser suite à une réservation à l'heure ou à la journée. L’autopartage, est un phénomène émergent et en forte croissance, tant en Europe qu’en Amérique du Nord. En 2006, l’autopartage était disponible dans 600 villes de par le monde, avec près de 348 000 adhérents se partageant l’usage de 11 700 voitures. En 1994, Auto-Com inaugurait à Québec le premier service pérenne d'autopartage en Amérique du Nord. Devenue par la suite Communauto, cette société est maintenant bien implantée dans quatre régions urbaines du Québec (Montréal et sa banlieue rapprochée, Québec-Lévis, Gatineau et Sherbrooke), avec plus de 20 000 abonnés en 2010, dont 3 000 à Québec et une croissance annuelle d’environ 20% ces dernières années. Ce service disponible à ses débuts dans les centres-villes s’étend maintenant aux banlieues de première et de deuxième couronne. Ce phénomène mérite donc d’être étudié en regard de son impact sur la mobilité. Les choix de mobilité des usagers de l’autopartage sont-ils semblables à ceux des autres automobilistes? Les abonnés utilisent-ils plutôt cette forme d’accès à l’automobile en complément des transports collectifs et actifs? Les utilisateurs de l’autopartage doivent réserver une voiture, se déplacer pour y accéder et payer en fonction de son utilisation (coûts fixes compris). En comparaison, une voiture possédée est toujours disponible et seuls les coûts variables d’utilisation sont apparents (essence et stationnement). Les contraintes de temps, de distance et de coût associés à l'autopartage devraient ainsi se traduire par une plus grande utilisation des modes de transport complémentaires (marche, vélo, transport en commun et taxi). On peut donc anticiper que les abonnés à l'autopartage consomment moins d'énergie et émettent moins de GES (gaz à effet de serre) lors de leurs déplacements que les propriétaires d'automobiles. Par contre, certains abonnés au service d'autopartage n'avaient pas de voiture avant leur abonnement; leur mobilité pourrait être plus grande qu'auparavant ou par rapport à des personnes non motorisées habitant le même secteur. Pour vérifier si le bilan des émissions de GES des abonnés est supérieur ou inférieur à celui de la population en général, une enquête a été réalisée d’avril à juin 2009 auprès d’un échantillon d’abonnés de Communauto à Québec, afin de recueillir l’ensemble de leurs déplacements durant une semaine. Afin de minimiser les coûts d’une telle enquête hebdomadaire, une approche innovatrice a été utilisée en développant une enquête Web dans le cadre d’un projet du RCE GEOIDE et de financements du CRSH et du FQRSC. Les répondants devaient identifier leurs lieux d’activités sur une carte (application utilisant les fonctionnalités de Google Maps). Par la suite, les lieux localisés par le répondant étaient disponibles pour remplir un carnet de déplacements par l’intermédiaire de menus déroulants. Le défi pour élaborer cette enquête fut grand, car il n’existe que peu d’exemples de ce type. L’enquête devait aussi retenir l’adhésion des participants durant une semaine. Au final, 57 abonnés de Communauto de Québec ont complété l’enquête WEB sur la mobilité et les résultats ont été comparés à ceux d’un groupe témoin (122 répondants) déjà enquêté avec des méthodes classiques (questionnaires et entrevues) en 2002 et 2003 à Québec (projet PROCESSUS financé par le CRSH et GEOIDE). La comparaison des deux méthodes d’enquête montre l’excellent potentiel d’une approche par l’intermédiaire d’internet. L’expérience fut riche en enseignements et résultats qui intéresseront sûrement toute personne désirant développer une enquête WEB sur la mobilité. Ainsi, des différences significatives ont été mesurées dans l’utilisation des outils de localisation selon le genre et le niveau de scolarité. En termes de mobilité, les résultats de l’étude sont probants. Les parts modales des abonnés de Communauto sont très similaires à celles des ménages non motorisés du groupe témoin et le bilan des émissions de GES est significativement moindre que celui de la population témoin pour tous les secteurs de la région de Québec (centre-ville, anciennes banlieues et nouvelles banlieues). Des différences sont aussi perceptibles en fonction du degré de motorisation et de la localisation du lieu de résidence, donc de la structure urbaine. / Car sharing is a concept developed in Europe during the 1990’s. This type of service is used by people and enterprises using car sporadically or that do not own a car, by choice or due to constraints. Car use is share among subscribers who must make a reservation to use it on an hourly or daily basis. This phenomenon is emerging and rapidly growing in Europe and North America. In 2006, car sharing was implemented in 600 cities around the World, meaning more than 348 000 subscribers sharing usage of 11 700 cars. In 1994, Auto-Com was launching in Quebec City, the first still existing car sharing service in North America. This company, now called Communauto, is now well implemented in four urban regions in the Province of Québec (Montréal and its inner ring of neighbourhoods, Québec-Lévis, Gatineau and Sherbrooke), having more than 20 000 subscribers in 2010, among which 3 000 are living in Québec City. The yearly growth rate was close to 20 % during the last few years. At the beginning, this service was mostly available downtown, but it is now well implemented in the first and second ring suburbs. The impact of this phenomenon on mobility deserves research. Is the mobility behaviour of car sharing users similar to that of other car drivers? Conversely, are the subscribers using this type of access to car as a complement to public and active transportation modes? Car sharing users must make a reservation, walk or move to access the vehicle and should pay in consideration of usage (fixed costs included). In comparison, an owned car is always available and only variable costs are immediately perceived (gas and parking). In theory, time constraints, distance and costs of using a shared car, should advantage other transportation modes (walking, biking, public transportation and taxi). Therefore, we anticipate that car sharing users are consuming less energy and generate less greenhouse gases (GHG) emissions than car owners, for their travelling needs. However, some car sharing subscribers did not have car access prior to their membership; their overall mobility could have increased or be higher than that on non-motorised people living in the same neighbourhood. The main purpose of this research aim at testing if the GHG emission balance of car sharing users is higher or lower than in the general population. A survey was realised between April and June of 2009 in order to collect all trips made by a sample of Communauto’s subscribers for an entire week. In order to minimize costs of such a weekly survey, a novel approach based on the Web was developed, thanks to a NCE GEOIDE Network initiative, receiving complementary funding from SSHRC and FQRSC. Respondents were asked to locate their activity places on an electronic map using a custom application based on Google Maps. Afterwards, places geo-referenced by respondents were used to fill seven daily trip logbooks using drop down menus. This survey was highly challenging because there are very few existing trip surveys using the Web. Moreover, the survey had to retain interest of respondent during an entire week. Finally, 57 Communauto’s subscribers living in Québec City filled an entire week logbook using the Web interface. Results of these car sharing users were compared to those of a control group (122 respondents) previously surveyed using pen-and-paper methods, in 2002 and 2003, also in Québec City (PROCESSUS Network funded by SSHRC and GEOIDE). When making comparison of both methods, one can understand the excellent potential of the Web-based survey. The experiment was very informative and the results are of great interest for those who want to develop a Web survey on mobility. Significant differences were observed for the selection of location tools between genders and among education levels. Findings are convincing with strong differences in mobility behaviours between car sharing users and others. Modal shares of car sharing users are very similar to those of non-motorized people in the control group and the average GHG emissions balance of car sharing subscribers is significantly lower than that of the control group for all considered neighbourhoods in Quebec City (downtown, older suburbs, new suburbs). Differences can also be established based on motorization, residential location and the nature of urban fabric.

L’efficacité de la biofiltration pour le traitement du lisier de porc motive la poursuite des recherches pour l’optimisation des conditions d’opération qui, selon les modalités usuelles, peuvent entraîner la production de gaz à effet de serre (GES) dont le protoxyde d’azote (N₂O) et le méthane (CH₄). Alors que la production de N₂O est amplement documentée, des expérimentations supplémentaires sont nécessaires pour caractériser la production de CH₄. À cet effet, certains aspects de la configuration du biofiltre à milieu organique (aération, milieux filtrants) ont été modifiés afin d’en vérifier l’impact sur la production de CH₄ et la performance épuratoire. Les conditions expérimentales ont impliqué un suivi de 391 jours de trois biofiltres pilotes (1,2 m x 0,13 m²) ayant des milieux filtrants différents. Ils ont été soumis, en alternance, à une aération continue et intermittente. Les charges appliquées en carbone (DCO) et en azote (N-NH₄⁺) sur chaque prototype ont été respectivement de 0,15 et 0,03 kg.m⁻².j⁻¹. Le débit d’air, appliqué à contre-courant, a été de 2,3 m³.m⁻².h⁻¹. L’effluent gazeux a été suivi deux (2) fois par semaine (N₂O, CH₄ et débits gazeux) tandis que les affluents et effluents liquides ont été analysés deux (2) fois par mois (pH, alcalinité, DCO, NTK et NO₃⁻). Les résultats des analyses liquides montrent une bonne efficacité d’épuration pour l’enlèvement de la DCO (92 %) et du NTK (99 %) pour les conditions d’opération testées. Quant à la production de CH₄, elle a varié entre les biofiltres, lesquels ont présenté des propriétés mécaniques différentes (compaction, pertes de charge). Les principaux facteurs susceptibles d’avoir affecté la production de CH₄ sont le pH, les fortes charges en carbone et en azote appliquées en tête de colonne, ainsi que la présence d’eau et de substances inhibitrices. Une interaction entre les composés impliqués dans les réactions de dénitrification (N₂O, NO₂, NO₃) et les bactéries méthanogènes semble également avoir influencé les dégagements de CH₄ observés. Par ailleurs, l’effet de l’aération sur l’émission de CH₄ n’a été observé que pour le biofiltre 1, les émissions étant supérieures sous aération continue par rapport à l’aération intermittente (800 versus 120 g C-CH₄/m³ de lisier traité). De plus, l’efficacité du processus de biofiltration, tant pour le traitement des lisiers que pour le traitement de l’air (des odeurs et des gaz), a conduit la recherche jusqu’à la mise en route d’essais laboratoires complémentaires portant sur l’utilisation de la biofiltration comme moyen de mitigation du CH4 impliqué dans la production porcine. Les capacités d’élimination en CH₄ pour deux types de milieux filtrants (organique et inorganique) ont été comparées dans ces expérimentations. Les résultats montrent que, dans la mesure où l’apport en nitrate (NO₃) est suffisant, des efficacités pouvant atteindre 90% et 80% d’élimination du CH₄ sont observées pour le biofiltre organique et inorganique respectivement. Par ailleurs, les caractéristiques du milieu filtrant inorganique ont rendu difficile le maintien des nitrates à l’intérieur du biofiltre, résultant à une grande variabilité des performances pour ce biofiltre.

Face à la menace du changement climatique, il est nécessaire que chaque juridiction politique prenne des mesures rapides et efficaces pour réduire ses émissions de gaz à effet de serre (GES). Dans cette problématique, le secteur de la production d'électricité a un rôle central à jouer. D'une part, ce secteur fait partie des principaux responsables des émissions de GES, et d'autre part, ce secteur offre plusieurs solutions alternatives pour produire de l'électricité sans émissions, telles que des sources renouvelables ou des sources fossiles combinées à la capture et à la séquestration du carbone. Cette thèse examine des solutions économiquement rentables pour réduire les émissions de GES et promouvoir des technologies respectueuses du climat dans le secteur de la production d'électricité. Précisément, elle compare deux instruments dissuasifs : les instruments financiers visant à mettre un prix sur le carbone (taxe sur le carbone ou marché du carbone) et les normes minimales d'utilisation de sources d'énergies propres. Cette thèse explore également l'enjeu de la promotion des technologies respectueuses du climat par une règle effciente d'allocation des subventions publiques à ces technologies. Cette thèse se développe en trois essais. Le premier essai compare une taxe sur les émissions et une norme d'énergie propre en utilisant un modèle d'équilibre général de la production d'électricité. La structure de la production d'électricité comprend deux usines : une qui génère sa production à partir de sources renouvelables et l'autre à partir de sources fossiles émettant du CO2. Le modèle est calibré pour correspondre aux agrégats macroéconomiques sélectionnés de l'économie de la ColombieBritannique. Le modèle est ensuite utilisé pour mener des expériences conceptuelles qui mesurent le coût économique d'atteindre une cible de réduction des émissions optimale avec un instrument de politique donné contre le coût contrefactuel d'atteindre la même cible avec un autre instrument de politique. L'expérience conduit à la conclusion qu'une taxe sur les émissions est plus efficace sur le plan environnemental et moins coûteuse qu'une norme d'énergie propre. Le deuxième essai enrichit la comparaison entre une norme d'électricité propre et une taxe sur le carbone en ajoutant l'innovation et le pouvoir de marché. Cet essai propose une concurrence oligopolistique dans la production d'électricité basée sur un jeu non coopératif à 2 étapes entre une usine propre et sa rivale polluante. L'usine polluante peut innover pour réduire ses émissions, et l'usine propre peut innover pour réduire le désavantage préexistant de ses coûts de production. L'innovation et le pouvoir de marché se combinent pour générer de nouvelles idées, d'abord sur la capacité d'une politique climatique fiscalement neutre de générer un effet de recyclage des revenus et, d'autre part, sur les mécanismes par lesquels elle augmente le ratio d'énergies propres généré par l'électricité. Le modèle est calibré à des agrégats macroéconomiques sélectionnés des États-Unis. Les simulations numériques révèlent de nouvelles sources d'hétérogénéité dans le classement des instruments de politique alternative, qui ont échappé aux lentilles de modèles de compétition parfaite. En particulier, le résultat montre que la norme tend à être un meilleur instrument lorsque (i) le niveau d'ambition de la politique climatique est faible, ou (ii) le niveau de désavantage préexistant des coûts de production de l'usine propre est suffisamment petit, ou (iii) le coût relatif de l'innovation dans les technologies renouvelables est faible. En revanche, la taxe sur le carbone tend à être un meilleur instrument dans les cas inverses. Le troisième essai examine la problématique de la promotion des technologies respectueuses du climat. Précisément, cet essai détermine une règle efficiente d'allocation des subventions publiques aux investissements entre les technologies renouvelables améliorant la productivité et les solutions visant à rendre propre les sources fossiles. Le modèle d'équilibre général sous-jacent comporte un secteur de production d'électricité duopolistique, parallèlement à un secteur de la production d'un bien final. Les résultats de l'analyse quantitative utilisant la version calibrée du modèle indiquent que, lorsqu'une taxe sur le carbone est utilisée pour encourager la réduction des émissions, la règle de répartition des subventions rentable est celle qui n'impose pas de punitions multiples sur l'utilisation des ressources fossiles. Par conséquent, lorsque les différences de coûts d'innovation entre les deux sources technologies respectueuses du climat ne sont pas trop importantes, il est plus rentable d'allouer une plus grande part des subventions aux solutions visant à rendre propre les sources fossiles. En outre, pour atteindre un objectif plus ambitieux de réduction des émissions, il est plus rentable d'augmenter à la fois la taxe carbone et la part des subventions allouées aux technologies visant à rendre propre les sources fossiles. / Climate change is one of the biggest challenges that the world is facing. In order to limit global warming, each political jurisdiction must implement a drastic climate policy to mitigate anthropogenic greenhouse gases (GHGs). In this challenge, the electricity generation sector has a central role to play. On the one hand, it is a major contributor to the total GHG emissions, and on the other hand, this sector offers several alternatives for generating electricity without emissions, such as renewable sources or fossil fuel generators equipped with carbon capture and sequestration (CCS) capacity. In three essays, this thesis examines cost-efficient solutions to reducing GHG emissions and promoting climate-friendly technologies in the electricity sector. The first essay compares an emissions tax and a clean energy standard using a calibrated general equilibrium model of electricity generation. The structure of electricity production features two plants: one that generates its output based on renewable sources and the other based on fossil source emitting CO2. The model is calibrated to match selected macroeconomic aggregates of the economy of British Columbia. The calibrated model is then used to conduct conceptual experiments that pit the overall cost of achieving the optimal emissions reduction target with a given policy instrument against the counterfactual cost of achieving the same target with an alternative policy instrument. The experiments lead to the conclusion that an emissions tax is more environmentally effective as well as more cost-effective than a clean energy standard. The second essay extends the comparison between a clean electricity standard and a carbon tax on cost-effectiveness grounds by adding innovation and market power. In our model, a two-stage competition in the electricity sector between a clean plant and its "dirty" rival anchors a two-sector general equilibrium model of climate change intervention. The dirty plant can innovate to reduce its emissions, and the clean plant can innovate to reduce its pre-existing cost-disadvantage. The model is calibrated to selected US macroeconomics aggregates. Results in this essay overturn those obtained in the first, where perfect competition was the feature of the electricity industry. The second essay thus shows cost-effective choice of climate policy instruments depends on the industrial organization of the electricity sector, as well as on the mechanisms plants use to respond to climate policy. Whereas the first two essays are only concerned with abatement incentives the third, by contrast, considers a climate policy action aimed, not only at incentivizing abatement, but also at promoting clean electricity solutions to climate change. These solutions have two competing sources. On the one hand, there are climate change solutions consisting of technological innovations that mitigate the intermittency and variability problems associated with renewable sources of electricity. Such solutions, when adequate, reduce the cost-disadvantage of renewable sources at reaching large-scale deployment. On the other hand, there are climate change solutions consisting of carbon abatement technologies that mitigate the trade-off between abatement effort and electricity output among fossil fuel generators. CCS technologies are an essential component of these fossil fuel-based climate change solutions. The main contribution of this essay is to show that, in countries with an abundant supply of fossil fuels, subsidizing fossil fuel-based climate change solutions can be an integral part of a cost-effective climate policy action aimed at achieving ambitious emissions reductions.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 octobre 2023) / Au Québec, la production maraîchère en champ s'effectue en grande partie sur les sols organiques cultivés de la Montérégie. Ces sols deviennent cultivables à la suite du drainage de tourbières minérotrophes qui s'avèrent hautement fertiles, avec des taux de matière organique pouvant dépasser les 90 %. En revanche, l'abaissement du niveau de la nappe d'eau entraîne inexorablement un déclin des propriétés agronomiques et de la hauteur de sol cultivable causé par l'affaissement, l'érosion et la minéralisation de la matière organique. Ce dernier mécanisme cause la perte de carbone du sol vers l'atmosphère sous forme de CO₂. Dans le but de mettre sur pied une stratégie de conservation de ces sols, ce mémoire a pour objectifs de quantifier les émissions de CO₂ et d'identifier les paramètres édaphiques et météorologiques qui influencent leur intensité. À cette fin, cinq (5) sites en champ ont été sélectionnés en fonction de leur taux de matière organique (MO) pour représenter un large éventail du degré de composition du sol, soit F1 à 52.2 % MO, F2 à 56.7 % MO, F3 à 74.0 % MO, F4 à 77.4 % MO et F5 à 91.3 % MO. Tous les sites à l'exception de F3 étaient dépourvus de végétation alors que ce dernier avait une importante présence de miscanthus. Les émissions de CO₂ du sol furent mesurées avec des chambres statiques manuelles sur une durée d'un an (septembre 2021 à septembre 2022) à une fréquence bimensuelle. Les résultats montrent des pertes brutes de carbone annuelle de 4.94 Mg C-CO₂ ha⁻¹ an⁻¹ pour F1, de 5.47 Mg C-CO₂ ha⁻¹ an⁻¹ pour F2, de 15.30 Mg C-CO₂ ha⁻¹ an⁻¹ pour F3, de 7.62 Mg C-CO₂ ha⁻¹ an⁻¹ pour F4 et de 3.20 Mg C-CO₂ ha⁻¹ an⁻¹ pour F5. Les paramètres ayant influencé significativement et positivement ces flux sur toute la période étudiée furent les températures (du sol et de l'air), le carbone labile, l'azote total et le pH alors que la teneur en eau du sol a été corrélée négativement. Les pertes annuelles de carbone ont également été corrélées exponentiellement à l'activité microbiologique totale du sol, montrant l'importance de mesurer des paramètres biologiques pour étudier la minéralisation de la matière organique. Une expérience en serre a également été réalisée avec les mêmes cinq (5) sols. Cependant, dû à l'augmentation de la concentration en sel dans les sols, aucune conclusion n'a pu être retenue excepté la relation de toxicité entre la conductivité électrique, l'activité microbiologique totale et les émissions de CO₂. Ces données permettront d'aller plus en avant dans la modélisation de la dégradation des sols organiques cultivés afin de développer des solutions d'intervention pour la préservation de ces sols. / In Québec, agri cultura hortensis in agris maxima ex parte in solis organicis cultis Montérégie agitur. Hi soli cultibiles fiunt post drenationem paludibus mineralitrophicis, quæ valde fertilis sunt cum materia organica ultra 90% superare possit. Sed deminutio aquæ stagnantis altitudinis necessario causat decrementum proprietatum agronomicarum et altitudinis soli cultibiles per subsidium, erosionem et mineralisationem materiae organicæ. Ultimum mechanisma perdita carbonis soli in atmosphaeram sub formā CO2 efficit. Hoc opus, ut strategiam conservationis solium constituat, emittendi CO2 quantitatem determinare et edaphicos meteorologicosque parametros identificare intendit, qui eorum magnitudinem influunt. Quinque (5) loci in agris electi sunt propter quantitatem materiae organicæ (MO) ut varietatem compositionis soli repraesentent: F1 52.2% MO, F2 56.7% MO, F3 74.0% MO, F4 77.4% MO et F5 91.3% MO. Omnes loci excepto F3 vegetatu carent, F3 vero miscanthi copiosa præsentia est. Emittendi CO2 soli mensi sunt caminis staticis manualemensurati per annus spatium (Septembris 2021 ad Septembris 2022) bis vel ter hebdomade. Resultata ostendunt carbonis annuum brutum amissionem 4.94 Mg C-CO2 ha-1 an-1 pro F1, 5.47 Mg C-CO2 ha-1 an-1 pro F2, 15.30 Mg C-CO2 ha-1 an-1 pro F3, 7.62 Mg C-CO2 ha-1 an-1 pro F4 et 3.20 Mg C-CO2 ha-1 an-1 pro F5. Parametros, quae significanter influent haec fluxa per totum periodum studiatum, sunt temperatura (soli et aeris), humiditas soli, carbonis labilis, nitrogenium totale et pH. Carbonis amissiones annuæ etiam exponetialiter cum activitate microbiologica totali soli correlantur, ostendendo importentiam biologicos parametros metiendi ad materiae organicæ mineralisationem studiandam. Experimentum in vitro etiam est factum cum iisdem quinque (5) solis. Ceterum, ob salis concentationem in solis auctam, quæ respirationem microorganismorum inhibet, nullum conclusio potuit obtineri praeter toxicitatis relationem inter conductivitatem electricam, activitatem microbiologicam totalem et CO₂ emissiones. Hæ data progrediendo ad modelationem solium organicorum cultorum degradationis adiuvabunt, ut interventiones ad solium præservandum elaborentur.