Cette thèse a pour objectif d’explorer les courbes de fusion, les structures et les diagrammes de phases de H2O et NH3 à haute pression et haute température. Malgré la multitude d’études sur ces composés, des incertitudes importantes existent sur leur diagramme de phase. Dans ce travail, de nouvelles approches expérimentales ont permis d’obtenir par diffraction des rayons X et par diffusion Raman, de nouvelles données concernant les diagrammes de phase, la fusion et la stabilité chimique de NH3 et H2O dans une large gamme P-T (P<70 GPa, T<3000 K). Pour NH3, nos travaux ont permis d’établir la courbe de fusion jusqu’à 40 GPa et 2300 K. La température de fusion croît de façon monotone avec la pression, en désaccord avec une étude précédente mais conforme avec des prédictions théoriques. Nous observons une décomposition chimique de NH3 en N2 et H2 à haute température dont l’importance varie avec la pression. L’exploration du diagramme de phase a permis de contraindre la position du point triple NH3-III/superionique/fluide. Nous présentons aussi les premières données sur l’évolution de la structure et de la densité du liquide NH3 à pression variable à 800 K. Pour H2O, nous avons déterminé la courbe de fusion jusqu’à 45 GPa et 1500 K. Nous constatons une rupture de pente vers 15 GPa et une température de fusion plus élevée que prévue par l’extrapolation des données basse pression, en meilleur accord avec la « limite haute » des courbes de fusion de la littérature. Nous observons par ailleurs des indices d’une transition de phase au-delà de 25 GPa et 1000 K vers une phase cubique centrée différente de la phase VII. La possibilité que cette phase soit superionique est discutée. / The objective of this thesis is to explore melting curves, structures and phase diagrams of H2O and NH3 at high pressure and high temperature. Despite the several studies on these compounds, there are significant uncertainties in their phase diagrams. In this work, new experimental approaches of X-ray diffraction and Raman scattering resulted in new data on phase diagrams, melting and chemical stability of NH3 and H2O in a wide range of P-T (P<70 GPa, T<3000 K). For NH3, we have determined the melting curve up to 40 GPa and 2300 K. The melting temperature increases monotonically with pressure, contrary to a previous study but in accordance with theoretical predictions. We observe a chemical decomposition of NH3 into N2 and H2 at high temperature, the importance of this decomposition varies with pressure. Exploration of the phase diagram made it possible to constrain the position of the triple point NH3-III/superionic/fluid. We also present the first data on the evolution of the structure and density of NH3 liquid with variable pressure at 800 K. For H2O, we have determined the melting curve up to 45 GPa and 1500 K. We note a slope failure towards 15 GPa and a higher melting temperature than predicted by the extrapolation of the low pressure data, in better agreement with the "upper limit" of the melting curves of the literature. In addition, we observe indications of a phase transition beyond 25 GPa and 1000 K towards a cubic phase centred that is different of phase VII. The possibility of this phase being superionic is discussed.

L'objectif de nos travaux est la réalisation d'un capteur d'ammoniac ayant une couche sensible tout organique capable de détecter et de doser l'ammoniac sur site et en temps réel. L'ensemble des étapes nécessaires à la conception d'un capteur de la synthèse à l'évaluation des performances sont présentées. Les choix du matériau et de sa synthèse ont été faits dans le but de rendre la conception du capteur transférable en milieu industriel. Le matériau ainsi choisi a été caractérisé pour s'assurer de sa capacité à s'intégrer dans le dispositif de détection. La mise en place d'une chambre d'exposition a permis d'évaluer les performances des capteurs dans une atmosphère contrôlée en température, humidité relative et concentration en ammoniac. Une étude des grandeurs d'influence comme la température et l'humidité relative a été réalisée. Les performances des capteurs ainsi réalisés ayant pour couche sensible un composite tout polymère à base de polyaniline montrent que ces dispositifs, sans développement supplémentaire, peuvent déjà concurrencer les capteurs d'ammoniac sur le marché en termes d'étendue de mesure, de temps de réponse, de durée de vie... De plus, ces capteurs présentent un avantage non négligeable en levant le verrou technologique de la réversibilité des réponses permettant ainsi d'utiliser le capteur sans intervention extérieure entre deux mesures de pollution atmosphérique.

L'évolution physico-chimique et microbiologique de foins humides conditionnés en balles rondes a été suivie durant le stockage; la dynamique des populations microbiennes, conduisant au remplacement de la flore du champ par une flore de stockage à dominantes thermophile et xérophile n'est pas apparue corrélée avec le pic initial de température. L'étude du déterminisme des phénomènes d'échauffement a été poursuivie à l'échelle du laboratoire à partir de mesures d'intensité respiratoire de végétaux coupés et d'expériences sur la conservation de foins stérilisés et contaminés; les rôles respectifs de la respiration du végétal dans la thermogenèse initiale et des microorganismes dans la perspective de l'échauffement et la disparition d'une partie de la matière organique ont été établis. L'expérimentation de conservateurs liquides et solides n'a pas donné de résultats satisfaisants en raison de l'imparfaite homogénéité du traitement réalisé au champ (cas de l'acide propionique), aggravée pour les spécialités commerciales et le chlorure de sodium par l'insuffisance des doses recommandées et une action inhibitrice limitée. L'ammoniac introduit par fumigation à l'intérieur de meules bâchées permet d'améliorer nettement la conservation mais implique des précautions particulières lors de la distribution des foins traités aux animaux.

L'objectif de ce travail concerne l'étude de deux classes de catalyseurs, les oxydes mixtes (CuO/Al2O3, CuAl2O4, CuO-CuCr2O4, CuO-ZnO-Al2O3 dopés ou non par Ag et Mn) et les métaux nobles supportés (Pd/Al2O3 et Pt/Al2O3, Pd-Pt/Al2O3 dopés ou non par B) utilisés dans deux réactions différentes: la réaction d'oxydation à basse température de l'ammoniac en azote et la combustion catalytique à haute température du méthane pour la production d'énergie. Le biogaz, énergie renouvelable, est constitué majoritairement de méthane et de dioxyde de carbone. Il contient, entre autres, des traces d'ammoniac (NH3 < 1000 ppm) qu'il convient d'éliminer avant d'envisager son utilisation comme vecteur d'énergie. Nous avons synthétisé des systèmes catalytiques à base d'oxydes de cuivre par différentes méthodes. Ces catalyseurs existent sous différentes formes dont l'obtention dépend du mode de synthèse utilisé, de la teneur en cuivre et de la température de calcination. Ils présentent des propriétés physico-chimiques différentes ce qui affecte à la fois leur activité en oxydation de l'ammoniac et leur sélectivité en azote.Des catalyseurs mono et bimétalliques à base de palladium et de platine ont été déposés sur -Al2O3 puis stabilisés par un traitement à haute température en présence de vapeur d'eau. Ils ont été ensuite utilisés en combustion de CH4 (200-800°C).L'activité des catalyseurs utilisés en oxydation de NH3 ou en combustion de CH4 est affectée par l'empoisonnement par H2S. Toutefois l'importance de la désactivation de ces catalyseurs est fonction de la méthode de synthèse utilisée.

L'observation et l'étude des nuages moléculaires du milieu interstellaire nécessitent la connaissance <br />de données physiques fondamentales qui permettront d'avoir accès aux caractéristiques physiques de ce milieu, notamment les températures et les densités.<br />Ces régions ne sont généralement pas à l'équilibre thermodynamique et la détermination des populations des niveaux rotationnels, qui sont liées aux caractéristiques physiques du milieu, nécessite la connaissance des taux de tous les processus de peuplement radiatifs et collisionnels. De nombreux travaux ont été réalisés sur les coefficients d'Einstein et les taux de collisions d'un certain nombre de molécules. Pour les processus collisionnels, les perturbateurs principaux du milieu interstellaire sont H2, H et He.<br />De nouveaux instruments, permettant d'obtenir des résolutions spatiales et spectrales excellentes, verront bientôt le jour. Il s'agit de l'observatoire spatiale HERSCHEL et du futur interféromètre millimètrique ALMA. L'interprétation des futures observations réalisées grâce à ces instruments nécessite de connaître avec suffisamment de précision les taux de collision des molécules, voire de déterminer pour la première fois ces taux.<br />L'ammoniac NH3 étant un des principaux outils d'étude du milieu interstellaire moléculaire, nous nous sommes intéressés à la détermination des taux de collision avec He et H2 de cette molécule. Nous avons bénéficié de l'existence de surfaces de potentiel intermoléculaire récentes et plus précises qu'auparavant pour les systèmes NH3-He et NH3-H2. A l'aide du code de collision moléculaire MOLSCAT, nous avons pu déterminer les sections efficaces intégrales de collision de ces systèmes. De ces sections efficaces, il est possible d'en déduire les taux de collision des systèmes étudiés. <br />Les isotopomères deutérés de l'ammoniac NH2D, ND2H et ND3 ont, tous les trois, été détectés dans le milieu moléculaire. Cette découverte a eu lieu récemment pour les deux derniers (2000 et 2003). Jusqu'à aujourdh'ui, aucune valeur de taux de collision avec He de ces espèces deutérées n'avait été calculée. Les espèces deutérées ayant un grand intérêt dans l'étude de la chimie interstellaire et de son évolution, nous avons déterminé les premiers taux de collision de ces espèces avec l'hélium et avons ainsi publié les premiers résultats sur ce sujet.

Les émissions d’ammoniac (NH3) atmosphérique sont impliquées dans un certain nombre d’impacts environnementaux allant de la pollution d’écosystèmes terrestres et aquatiques sensibles, à la dégration de la qualité de l’air. L’application de la modélisation inverse de la dispersion, couplée à des mesures de concentrations atmosphériques, est potentiellement le seul type de méthodologie capable de quantifier les émissions d’NH3 à partir de n’importe quel type de source. Cependant, il existe plusieurs techniques et options de mesure et de modélisation, susceptibles d’être optimisées pour des sources spécifiques. Le cas particulier du NH3 dans le contexte de la modélisation inverse présente des défis majeurs métrologiques et de modélisation, liés à la nature réactive de la molécule.Cette thèse présente six expérimentations réalisées dans trois pays, dans lesquelles les émissions d’NH3 ont été quantifiées à partir de sources multiples couvrant une large gamme d’échelles et de niveaux de complexité des systèmes étudiés. Dans chaque cas, la méthode de modélisation inverse de la dispersion est adaptée à la nature spécifique de la source et aux incertitudes sur la mesure et la modélisation, prenant en compte les processus de dépôt local. Les expérimentations ont été menées avec un focus sur l’évaluation méthodologique, comparant des techniques innovantes avec des méthodes alternatives plus classiques.En dernière analyse, ce travail élargit le champ d’application de la méthode d’inversion appliquée au NH3 à l’échelle du paysage, contribuant à l’analyse intégrée des flux et bilans / Emissions of ammonia (NH3) to the atmosphere have been implicated in a web of harmful environmental impacts, from pollution of sensitive terrestrial and aquatic ecosystems to worsening of urban air quality. The application of atmospheric measurements and inverse dispersion modelling may be unique in providing a singular methodology which can quantify emissions of NH3 to the atmosphere from almost any source. However, there are various measurement and modelling techniques and options which may be implemented within the inverse dispersion method, which can be optimised for specific sources. The special case of NH3 in the context of inverse dispersion presents a number of measurement and modelling challenges, all related to the reactive nature of the molecule.This thesis features six experiments carried out in three countries, in which NH3 emissions were quantified from multiple sources across a broad range of scales and system complexities. In each case the inverse dispersion method was adapted to the specific nature of the source being investigated and the uncertainties of NH3 measurement and modelling, where local deposition must be considered. The experiments were undertaken with an emphasis on methodological evaluation, in which novel techniques were developed and alternative methods are compared.This thesis ultimately expands the scope of the inverse dispersion method applied for NH3 to the landscape scale, connecting with integrated nitrogen assessments which may bring forth new understanding into cascade of reactive nitrogen to the environment.

Le projet expérimental international ITER vise à tester la faisabilité de la fusion nucléaire en tant que source d'énergie. Le banc d'essai sera un tokamak où le deutérium et le tritium seront fusionnés et des ions d'hélium et des neutrons énergétiques seront produits. Une partie de l'énergie produite sera déposée dans la zone divertor. Afin de préserver le divertor en tungstène d'ITER, il est envisagé d‘injecter de l'azote au niveau du divertor afin de rayonner plus uniformément la charge d'énergie. Ce mode opérationnel soulève plusieurs questions. Tout d'abord, comment la rétention du combustible de fusion (deutérium et tritium) dans les premières parois de tokamak sera-t-elle affectée? En particulier, est-ce que l'azote implanté agira comme une barrière à la désorption pour le tritium? Deuxièmement, à quelle production d'ammoniac peut-on s‘attendre due aux processus réactifs sur les matériaux des premières parois? Cette thèse présente une étude approfondie de l'interaction du tungstène avec le deutérium et l'azote, avec l‘examen de plusieurs facteurs clés: la rétention de l'azote et du deutérium en fonction de la fluence; l'évolution dynamique de la rétention d‘atomes de deutérium après l'implantation; l'influence de l'azote pré-implanté sur la rétention de deutérium; et la détermination quantitative de l‘ammoniac produit après une implantation séquentielle d‘azote et de deutérium dans le tungstène. Une attention particulière est donnée à l'identification précise des mécanismes de piégeage pour chacune des deux espèces de gaz (azote et deutérium) dans le tungstène. / The international experimental project ITER aims to test the feasibility of nuclear fusion as an energy source. The test bed will be a tokamak reactor where deuterium and tritium will be fused and energetic helium ions and neutrons will be released. A part of the produced energy will be exhausted in the divertor area of the tokamak. In order to preserve the tungsten divertor of ITER, it is envisioned to use nitrogen injection above the divertor in order to radiate more evenly the incident power loads. This operational plan raises several issues. Firstly, how the retention of fusion fuel (deuterium and tritium) in the tokamak first walls will be affected? In particular, does the implanted nitrogen act as a desorption barrier for tritium? Secondly, how much production of ammonia can be expected from reactive processes on the first wall materials? This thesis presents an extensive study of the interaction of tungsten with deuterium and nitrogen, with several key factors being investigated: the nitrogen and deuterium retention as a function of fluence; the dynamic evolution of retained deuterium atoms after implantation; the influence of the pre-implanted nitrogen on deuterium retention; and the amounts of ammonia that are produced on tungsten after sequential implantation of nitrogen and deuterium. A special focus is directed towards identifying the exact trapping mechanisms for each of the two gas species (nitrogen and deuterium) in tungsten.

La production croissante de déchets alimentaires dans le monde et des nouvelles réglementations internationales exigent le développement de nouveaux procédés pour le traitement de ce type de déchets. Parmi toutes les possibilités existantes, les procédés anaérobies représentent une approche durable qui permet le traitement et la valorisation de ces déchets. Ce doctorat vise à comprendre les processus biochimiques régissant la digestion anaérobie des déchets alimentaires, en fournissant des éléments pour le développement de procédés applicables à l'échelle industrielle.Dans un premier temps, un screening a été effectué pour élucider les paramètres principaux affectant la digestion anaérobie des déchets alimentaires, en évaluant différentes charges de substrat, teneurs en matière sèche, proportions de co-digestion et des inocula microbiens de différentes origines. Après avoir conclu l'importance cruciale de l'inoculum utilisé et de la charge du substrat, différentes stratégies de stabilisation des procédés de méthanisation ont été testées à l'aide de réacteurs discontinus consécutifs. Ce travail a permis de confirmer l'effet positif de la supplémentation des oligoéléments et à identifier le principal verrou: l'accumulation d'acide propionique. Dans le but de trouver une solution, deux expériences ont été axées sur l'évaluation de la capacité des matériaux conducteurs à base de carbone à résoudre ce problème. Le dosage de ces matériaux favorisait la cinétique de la digestion, améliorant significativement les productions volumétriques du méthane.Cette thèse fournit des connaissances nouvelles, à la fois sur les principaux mécanismes régissant la digestion anaérobie des déchets alimentaires et sur les implications qu'elles présentent pour la valorisation de ces déchets. En outre, des solutions possibles pour lever les verrous opérationnels ont été développés, permettant de fournir des recommandations pour l’implantation d’un procédé de digestion à l’échelle industrielle. / The increasing production of food waste worldwide and new international regulations call for the development of novel processes for the treatment of this waste. Among all the existing possibilities, anaerobic processes represent a sustainable-modern approach that allows waste treatment and valorization. This PhD thesis aims at understanding the biochemical processes governing anaerobic digestion of food waste, eventually providing a stable process applicable at industrial scale.As a first step, a screening was performed to elucidate the main parameter affecting anaerobic digestion of food waste, evaluating different substrate loads, solid contents, co-digestion proportions and microbial inocula from different origins. After concluding the critical importance of the inoculum used and the substrate load, different strategies for process stabilization for methane production were tested using consecutive batch reactors. This served for confirming the positive effect of supplementation of trace elements and to identify the main issue that was found: accumulation of propionic acid. Aiming at finding a solution, the final experiments were focused on assessing the capability of carbon-based conductive materials to solve this problem. The dosing of these materials favored the digestion kinetics, improving greatly the methane volumetric productivities.This thesis provides novel insights, both on the main mechanisms governing food waste anaerobic digestion and on the implications that they present for the valorization of this waste. In addition, potential solutions for the complications found are given, aiding to the development of a feasible industrial digestion process.

Les feux de végétation émettent de grandes quantités de composés azotés dans l'atmosphère, parmi lesquels l'ammoniac (NH3). Malgré les nombreuses études réalisées au cours des précédentes décennies, ces émissions sont toujours sujettes à de grandes incertitudes. Si les mesures in situ et par avion sont utiles à des échelles locales pour étudier les sources de NH3, elles ne permettent en revanche pas de rendre compte de sa variabilité sur une plus large échelle. Depuis quelques décennies, des sondeurs à haute résolution spectrale embarqués à bord de satellites offrent la possibilité de mesurer directement les concentrations de différents gaz en traces dans l'atmosphère sur des échelles locales à globales. C'est le cas notamment du sondeur Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) qui fournit une couverture globale bi-journalière de la Terre avec un grand échantillonnage spatial et temporel et dont les mesures sont centrales dans cette thèse.Ce travail a pour objectif l'étude de la contribution des feux de végétation aux émissions atmosphériques de NH3 à partir des mesures du sondeur IASI. Plus précisément, il vise à répondre aux questions suivantes: (1) Quelle est la part des feux dans les émissions de NH3 dans différentes régions du globe et différents biomes? Quelle est la fiabilité des inventaires d'émissions pour celles-ci? (2) Quelle est la variabilité intra- et interannuelle du NH3 d'origine pyrogénique et comment est-elle reliée à celle d'autres composés azotés et carbonés? Peut-on détecter dans les variabilités une dépendance à certains facteurs climatiques? (3) Peut-on isoler un cycle diurne des émissions de NH3 par les feux?Cette étude est rendue possible grâce au développement d'une nouvelle méthode de restitution des colonnes de NH3 particulièrement sensible, reposant sur le calcul d'un indice spectral HRI (représentatif de la force du signal de NH3 dans le spectre IASI) et sur sa conversion en une valeur de colonne à partir d'un réseau de neurones. La grande force d'un réseau de neurones réside dans sa capacité à intégrer plusieurs centaines de paramètres en entrée sans toutefois nécessiter une importante puissance de calcul. Ceci nous permet, notamment, de considérer l'état complet de l'atmosphère pour la restitution, réduisant ainsi les dépendances résiduelles sur le HRI.Pour notre étude, nous nous focalisons tout d'abord sur les mesures de NH3 au-dessus de larges régions tropicales. L'analyse de longues séries temporelles des colonnes de NH3 montre une bonne correspondance générale avec la puissance radiative dégagée par les feux, en particulier pour la région du centre de l'Amérique du Sud où une grande variabilité interannuelle est observée, mettant en évidence l'influence du phénomène El Niño sur l'activité des feux et les émissions de NH3 dans cette région. Nous dérivons ensuite, pour ces régions tropicales, les émissions de NH3 à l'aide d'un modèle simple "boite" que nous comparons aux émissions données par les inventaires d'émissions pyrogéniques "bottom-up" GFASv1.2 et GFEDv4.1. Si la correspondance temporelle des maxima d'émission est généralement bonne, les émissions dérivées des mesures IASI sont en revanche nettement supérieures à celles des deux inventaires. Nous calculons également pour les régions tropicales des rapports d'émission de NH3 par rapport à CO (également mesuré par IASI) (ER_{NH3/CO}) pour plusieurs biomes et nous analysons leurs variabilités spatiale et temporelle. Nous observons de grandes différences dans les ER_{NH3/CO}, d'une part, entre les biomes étudiés et, d'autre part, au sein d'un biome donné pour les différentes régions et années (2008-2015). Ces différences sont attribuées à des différences dans le type de combustible et dans les conditions de combustion. La comparaison avec les rapports d'émission rapportés dans la littérature, généralement à partir de mesures in situ ou par avion, montre quant à elle une assez bonne correspondance pour les différents biomes étudiés.Nous poursuivons notre analyse en nous intéressant à deux cas de feux particulièrement intenses s'étant produits en Indonésie en 2015 et dans le Nord canadien en 2014. Pour ces deux événements, nous calculons des ER_{NH3/CO} et nous dérivons un temps de vie pour NH3 à partir de l'analyse de panaches de feux transportés. Nous trouvons un temps de vie moyen de 21.5h pour les feux d'Indonésie de 2015, environ deux fois supérieur à celui calculé pour les feux de 2014 au Canada. Pour les feux d'Indonésie, nous dérivons également des facteurs d'émission de NH3 (EF_NH3) à partir d'une estimation des émissions totales de NH3 pour cet événement. Ceux-ci se révèlent largement inférieurs à ceux utilisés dans l'inventaire GFASv1.2 et expliquent l'importante surestimation des émissions de NH3 dans GFASv1.2 comparé à celles dérivées de IASI. Finalement, nous terminons ce travail par la présentation de résultats préliminaires suggérant la mise en évidence d'un cycle diurne dans les émissions de NH3 par les feux. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La détermination des constantes de formation des complexes simples et mixtes en solution exige d’abord leur identification. Ste-Marie (4), lors d'une étude de complexes de zinc par la méthode de solubilité, a mis au point une technique permettant d'identifier les espèces en concentration prédominante en solution. Cette méthode, basée sur les pentes de la courbe de solubilité en fonction du pli et de la concentration totale de ligand en solution, permet de déterminer la charge des espèces prédominantes, à condition que la solubilité de ces dernières soit négligeable comparativement à l'excès de ligand en solution. Puisque la méthode de solubilité ne permet pas de dire si les complexes sont mononucléaires ou polynucléaires, on doit, lorsqu'il est possible lui adjoindre une météhode permettant de déterminer l'influence des espèces associées. À cet effet, nous avons choisi la méthode potentiométrique proposée par Sillén (9). La combinaison de ces deux méthodes a été appliquée à l'étude de la solubilité de l'hydroxyde de cadium et de l'oxyde cuivrique. Les résultats obtenus ont montré que l'association des espèces en solution est nulle ou négligeable et que les données expérimentales pouvaient être expliquées à l'aide des espèces... / Montréal Trigonix inc. 2018