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.

Les serres nordiques: Une approche alternative à la sécurité alimentaire au Nunavik. Les communautés inuites font face à des changements socioculturels et environnementaux rapides ainsi qu’à plusieurs défis concernant la sécurité alimentaire. Récemment, plusieurs projets innovateurs ont pris forme pour pallier aux coûts élevés et la qualité discutable des aliments frais dans le Nord. Cette recherche s’est déroulée au Nunavik (la région inuite de la province de Québec, Canada) et a été élaborée en utilisant une approche de recherche participative. L’objectif de ce travail était de documenter et de participer au développement d’un projet pilote de serre dans le village de Kuujjuaq dans le but de développer un modèle de sécurité alimentaire alternative pour le Nord. Plusieurs personnes ont, de prime abord, remis en question la viabilité à long terme d’un projet de serre dans une communauté inuite. Pourtant, les résultats de cette recherche démontrent qu’il y a de l’intérêt et du soutien de tous les secteurs pour ce type d’initiative. Les résultats démontrent également qu’une stratégie d’approvisionnement local basée sur la serriculture est techniquement faisable et socialement acceptable. La conclusion générale de cette recherche est que les serres nordiques ont le potentiel de devenir des éléments clés dans une nouvelle stratégie alimentaire nordique, une stratégie qui sera plus résiliente que celle que nous connaissons aujourd'hui, et qui va contribuer de manière durable à l’essor de la capacité communautaire et au développement socioéconomique des villages nordiques. / Northern Greenhouses: An Alternative Approach to Food Security in Nunavik. Inuit communities are currently facing rapid sociocultural and environmental change as well as numerous food security issues. However, these issues are being addressed in increasingly innovative ways; notably through the implementation of alternative agricultural projects that address the high cost and questionable quality of fresh food in the North. This research took place in Nunavik (the Inuit region of the province of Quebec, Canada) and was elaborated using a Community-Based Participatory Research (CBPR) approach. The objective of this work was to participate in and document the development of a greenhouse pilot project in the village of Kuujjuaq and, through this process, develop a framework for an alternative type of northern food security initiative. While many initially questioned the long-term viability of a greenhouse project in an Inuit community, results of this research show that there is indeed interest in and concerted support from all sectors for this type of initiative. Results also show that a greenhouse-based local food strategy in Nunavik is technically feasible and can be developed in a manner that is culturally appropriate and socially acceptable. The overall conclusion drawn from this research is that northern greenhouses have the potential to become key elements in a new type of northern food strategy, a strategy that will be more resilient than the one that we know today and that will contribute in a sustainable manner to the building up of the community capacity and socioeconomic stability of northern villages.

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.

Les émissions de gaz à effet de serre (GES) sont les principaux contributeurs aux changements climatiques et le transport maritime compte pour 3 % des émissions mondiales de GES. Dans ce contexte, après les accords de Paris de 2015, l'Organisation maritime internationale (OMI) s'est engagée à réduire ses émissions de GES du transport maritime. Plusieurs études ont été menées dans ce sens. Toutefois, la plupart des recherches se sont intéressées aux aspects technologiques de la transition énergétique en se concentrant moins sur les facteurs influençant les décisions d'investissement dans la réduction des émissions de GES. L'une des limites de ces recherches sur l'étude des motivations des entreprises à l'investissement est qu'elles se sont concentrées le plus souvent sur l'analyse des facteurs externes en occultant ceux internes dans la prise de décision des entreprises. À ce jour, les stratégies des entreprises dans le contexte de la transition énergétique sont encore moins connues. C'est dans le but de combler cette lacune de la littérature que cette étude a été menée à l'échelle de la Voie maritime du Saint-Laurent. Pour mener à bien cette recherche, un cadre théorique axé sur la théorie institutionnelle, la matrice de Porter et la théorie basée sur les ressources a été développé. L'approche méthodologique adoptée est de type qualitatif. Elle a consisté à la collecte des données à travers les entrevues semi- structurées et à la recherche documentaire sur les stratégies des entreprises maritimes et acteurs externes en matière de réduction des émissions de GES sur la Voie maritime du Saint-Laurent. Par ailleurs, pour donner un sens à nos données, une analyse thématique a été appliquée avec le logiciel Nvivo. Les résultats de cette recherche montrent que, les entreprises maritimes sondées ont adopté diverses approches en matière de réduction des émissions de GES. Toutefois, les approches des entreprises se concentrent majoritairement sur les mesures d'efficacité énergétique et peu sur les énergies alternatives. Il ressort de notre recherche que toutes les entreprises ne s'impliquent pas encore dans la transition énergétique pour réduire leurs émissions de GES. Les résultats de cette étude confirment non seulement l'existence de facteurs déjà identifiés dans la littérature existante, mais également à révéler d'autres facteurs influençant les décisions d'investissement. Parmi ces facteurs, nos résultats révèlent que les opportunités économiques sont les raisons essentielles pour lesquelles les entreprises investissent. L'étude des motivations à l'investissement permet de comprendre que la réduction des GES n'est pas une priorité pour toutes les entreprises. À ce sujet, les répondants ont mentionné les problèmes économiques tels que le coût élevé des technologies et le manque de financement comme étant les obstacles importants à la prise de décision à l'investissement dans la transition énergétique. Dans ce sens, l'aide financière du gouvernement a été identifiée comme le principal paramètre susceptible d'encourager les entreprises à investir dans la transition énergétique pour réduire leurs émissions de GES. L‘originalité de cette recherche réside sur plusieurs points. En effet, cette recherche aide à l'amélioration des connaissances scientifiques sur les stratégies des entreprises dans la transition énergétique du transport maritime. Plus précisément, elle a contribué à enrichir la littérature en fournissant un nouveau cadre théorique sur l'étude des facteurs influençant les décisions d'investissement dans la réduction des émissions de GES. De même, elle a permis d'identifier les choix des entreprises, les motivations et les aspects sociaux et économiques liés à la transition énergétique dans le transport maritime. Également, les résultats de l'étude ont permis de proposer une hiérarchisation des choix et motivations des entreprises à l'investissement dans la réduction des émissions de GES du transport maritime. La valeur ajoutée de cette recherche réside dans son caractère exploratoire, spécifique à la Voie maritime du Saint-Laurent, qui reste beaucoup moins documentée. / Greenhouse gas (GHG) emissions are a major contributor to climate change, and shipping accounts for 3% of global GHG emissions. Against this background, the International Maritime Organization (IMO) has committed itself to reducing GHG emissions from shipping following the Paris Agreement in 2015. Several studies have been conducted in this direction. However, most of the research has focused on the technological aspects of the energy transition, with less emphasis on the factors influencing investment decisions to reduce GHG emissions. One of the limitations of this research on the investment motivations of companies is that it has mostly focused on the analysis of external factors, overlooking those internal to the investment decision. Even less is known about corporate strategies in the context of energy system transformation. In order to fill this gap in the literature, this study was conducted at the scale of the St. Lawrence Seaway. To conduct this research, a theoretical framework based on institutional theory, Porter's matrix and resource-based theory was developed. The methodological approach was qualitative. It consisted of data collection from St. Lawrence Seaway stakeholders and a literature review on GHG mitigation strategies of St. Lawrence Seaway companies. The data collected was processed using NVivo software. The results of this research show that the maritime companies surveyed have adopted a variety of approaches to reducing GHG emissions. However, the companies' approaches focus mainly on energy efficiency measures and little on alternative energy. Our research shows that not all companies are yet engaged in the energy transition to reduce their GHG emissions. The results of this study not only confirm the existence of factors already identified in the existing literature, but also reveal other factors that influence investment decisions. Among these factors, our results show that economic opportunities are the most important reasons why companies invest. The study of companies' investment motivations shows that GHG reduction is not a priority for all companies. In this regard, respondents cited economic issues such as the high cost of technologies and lack of financing as major barriers to the decision to invest in energy transformation. In this sense, financial support from the government was identified as the most important parameter that could encourage companies to invest in the energy transition to reduce their GHG emissions. The originality of this research lies in several points. In fact, this research contributes to improve the scientific knowledge on corporate strategies in the energy transition of maritime transport. More specifically, it has helped to enrich the literature by providing a new theoretical framework for studying the factors that influence investment decisions to reduce greenhouse gas emissions. It has also helped to identify corporate decisions, motivations and social aspects related to the energy transition in shipping. The results of the study have also allowed us to propose an attempt to prioritize the choices and motivations of companies to invest in reducing GHG emissions from shipping. The added value of this research lies in its exploratory nature, specific to the St. Lawrence Seaway, which remains much less documented.

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.

La lutte contre les changements climatiques est un combat qui doit être un combat mené par tous les pays. Partant de ce constat, cette étude maintient l'idée selon laquelle, en dépit du principe des responsabilités communes mais différenciées qui exige en premier la contribution des États développés générateurs de gaz à effet de serre de sources industrielles, une participation des États en développement dont certains génèrent des gaz à effet de serre de sources forestières est requise afin d'obtenir des résultats durables. Cependant, la contribution de ces derniers suppose des appuis financiers et techniques suffisants pour pallier les surcoûts. En ce sens, un mécanisme financier comme le REDD+ (réduction des émissions dues au déboisement et à la dégradation des forêts dans les pays tropicaux en développement, et le rôle de la conservation, de l'aménagement durable des forêts et du renforcement des stocks forestiers), constitue une innovation. Cela étant, les expériences du REDD+ ont permis à la communauté internationale de noter les faiblesses de son régime. La présente étude de la durabilité dans le mécanisme REDD+ vise à étudier comment le droit peut assurer que le REDD+ soit véritablement un mécanisme de développement durable. Fondée sur une analyse du cadre normatif du REDD+, cette étude se veut réalisable par une comparaison des dispositions relatives au REDD+ et ce, au vu de critères et de principes internationalement admis dont : l'impact, l'efficacité, la pertinence, l'acceptabilité, la viabilité, la participation du public, les responsabilités communes mais différenciées, l'intégration.

Over the last decades, there has been considerable attention in the accurate mathematical modeling and numerical simulations of free surface wave propagation in near-shore environments. A physical correct description of the large scale phenomena, which take place in the shallow water region, must account for strong nonlinear and dispersive effects, along with the interaction with complex topographies. First, a study on the behavior in nonlinear regime of different Boussinesq-type models is proposed, showing the advantage of using fully-nonlinear models with respect to weakly-nonlinear and weakly dispersive models (commonly employed). Secondly, a new flexible strategy for solving the fully-nonlinear and weakly-dispersive Green-Naghdi equations is presented, which allows to enhance an existing shallow water code by simply adding an algebraic term to the momentum balance and is particularly adapted for the use of hybrid techniques for wave breaking. Moreover, the first discretization of the Green-Naghdi equations on unstructured meshes is proposed via hybrid finite volume/ finite element schemes. Finally, the models and the methods developed in the thesis are deployed to study the physical problem of bore formation in convergent alluvial estuary, providing the first characterization of natural estuaries in terms of bore inception. / Ces dernières décennies, une attention particulière a été portée sur la modélisation mathématique et la simulation numérique de la propagation de vagues en environnements côtiers. Une description physiquement correcte des phénomènes à grande échelle, qui apparaissent dans les régions d'eau peu profonde, doit prendre en compte de forts effets non-linéaires et dispersifs, ainsi que l'interaction avec des bathymétries complexes. Dans un premier temps, une étude du comportement en régime non linéaire de différents modèles de type Boussinesq est proposée, démontrant l'avantage d'utiliser des modèles fortement non-linéaires par rapport à des modèles faiblement non-linéaires et faiblement dispersifs (couramment utilisés). Ensuite, une nouvelle approche flexible pour résoudre les équations fortement non-linéaires et faiblement dispersives de Green-Naghdi est présentée. Cette stratégie permet d'améliorer un code "shallow water" existant par le simple ajout d'un terme algébrique dans l'équation du moment et est particulièrement adapté à l'utilisation de techniques hybrides pour le déferlement des vagues. De plus, la première discrétisation des équations de Green-Naghdi sur maillage non structuré est proposée via des schémas hybrides Volume Fini/Élément Fini. Finalement, les modèles et méthodes développés dans la thèse sont appliqués à l'étude du problème physique de la formation du mascaret dans des estuaires convergents et alluviaux. Cela a amené à la première caractérisation d'estuaire naturel en terme d'apparition de mascaret.

L’objectif de cette étude est d’appréhender, à travers l’exemple du système européen d’échange des quotas d’émission de gaz à effet de serre, les conditions d’efficacité d’un instrument particulier de réalisation du développement durable : la technique de marché. Définie comme un instrument de police consistant en la poursuite d’un objectif de politique publique, préalablement défini par les pouvoirs publics, au moyen de la création volontaire d’un marché, c’est-à-dire l’organisation d’échanges d’« unités » entre opérateurs économiques, la technique de marché est utilisée de manière privilégiée en matière environnementale. La création ex nihilo d’un marché pour protéger l’environnement ne doit pas induire en erreur : la technique de marché ne conduit pas à une substitution de la liberté à la puissance publique. Au contraire, la technique de marché n’est efficace que si elle est sous-tendue par une action publique forte. Une intervention permanente – au stade de l’élaboration et de la mise en oeuvre de cet instrument – et multiforme – au niveau international, régional et national – de la puissance publique est nécessaire. La « main invisible » du marché ne produit ses effets que grâce à la « main visible » de la puissance publique. / By taking the example of the European Union emission trading system, the objective of the present study is to understand the conditions of effectiveness of a specific tool: the market-based instrument. Market-based instrument is defined as a tool of policing aiming at the achievement of a public policy objective (pre-established by public authorities) with the creation of a market, i.e. the organisation of exchanges of “units” between economic operators. This tool is widely used in environmental law. The ex nihilo creation of a market in order to protect the environment must not mislead: the market-based instrument does not lead to a shift from public action to freedom. To the contrary, the effectiveness of the market-based instrument depends on a strong public action. A permanent (i.e. both during the preparation and the implementation of this tool) and multifaceted (i.e. at international, regional and national levels) public intervention is therefore required. The “invisible hand” of the market could only be effective with the “visible hand” of public authorities.