Depuis 2010, le gouvernement canadien a créé une loi qui exige 5% de biocarburant dans l’essence, et ce, dans un contexte d’insécurité alimentaire dont souffrent les plus défavorisés. Cette thèse fait l’analyse critique du discours des organisations privées qui ont promu les biocarburants dans ce contexte. Comment en sont-ils arrivés à fabriquer la normalité de l’usage des biocarburants? Cette dernière se produit par la mise en valeur de nouveaux emplois dans l’industrie, la promotion d’une économie rurale vigoureuse, la présentation de l’État comme facilitateur des marchés ainsi que l’accent mis sur les impacts environnementaux favorables des biocarburants. La normalisation s’explique aussi par la dénaturation des grains et la radicalisation du rôle du fermier afin que ceux-ci concordent avec l’idéologie (néo)libérale. Il importe que la criminologie critique, se positionne au sein d’une zémiologie, dont les objets d’études portent sur les torts sociaux émanant des structures et l’organisation inégalitaire de nos sociétés.

Les biocarburants issus de la transformation de la biomasse de deuxième génération (2G), devraient remplacer les carburants fossiles dans le secteur des transports. Cependant, ces biocarburants peuvent contenir de 0.5 à 7.0 pds. % de composés oxygénés résiduels, en particulier des molécules phénoliques qui pendant la combustion dans le moteur peuvent se transformer en benzène qui est fortement cancérigène. Dans ce contexte, le défi qui se présente est de développer un processus d'adsorption sélectif pour éliminer les composés oxygénés de type phénolique des carburants liquides. Pour la première étape de notre travail, nous avons utilisé des calculs DFT pour sélectionner un matériau poreux approprié dans la famille des faujasites échangées aux cations monovalents (cation = H+, Li+, Na+, Cs+, Ag+ et Cu+) afin de trouver une formulation zéolitique avec une très forte affinité pour le phénol en présence d'eau et de toluène (molécule modèle de biocarburant). Nous avons trouvé que l’introduction de sites acides de Brønsted et de Lewis dans la structure de faujasite serait un moyen approprié de purifier sélectivement les biocarburants de deuxième génération en éliminant les molécules de phénol. La deuxième étape consiste à étudier en détail l'élimination du phénol dans une solution d'isooctane sur une faujasite contenant les protons qui ont été considérés comme de bons cations lors de la première étape. Au cours de cette étape, nous nous sommes concentrés sur l'effet du rapport Si/Al sur les capacités d'adsorption et de régénération des zéolithes étudiées. Nous avons utilisé une combinaison puissante de deux types de techniques de modélisation : i) la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) qui a été utilisée pour déterminer les énergies de liaison du phénol avec plusieurs types de formulations de faujasite, ii) les simulations de type Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) qui ont été utilisées pour trouver les capacités d’adsorption de chaque zéolite protonée utilisée. Les résultats obtenus sont comparés à ceux mesurés expérimentalement par la spectroscopie infrarouge, les courbes de percée et les expériences de désorption. Nous avons trouvé que le phénol était éliminé sélectivement de l'isooctane dans les zéolithes HY (Si/Al = 2.5) et USY (Si/Al = 47), avec une capacité maximale d'adsorption de 2.2 mmol·g-1, ce qui correspond à 3 − 4 molécules de phénol par supercage d'une structure de faujasite. La capacité maximale d'adsorption a été atteint plus rapidement dans la DAY (Si/Al = ∞), en raison de la présence de grands pores qui dépendent de la faible densité de sites acides. Nous avons également montré que les zéolithes USY ont une bonne capacité de régénération par rapport aux faujasites à forte concentration de sites protonés. En effet, après désorption à température programmée, il existe une très petite quantité de phénol résiduel dans la faujasite contenant une petite quantité de sites protonés, en accord avec la faible énergie d’adsorption du phénol théorique pour cette formulation. / Biofuels from the transformation of second-generation biomass (2G) are expected to replace fossil fuels in the transport sector. However, the biofuels obtained after the co-treatment (bio- oil refining) still contain 0.5 to 7.0 wt% oxygenated compounds, in particular phenolic molecules, which leads to form carcinogenic benzene during combustion in the engine. In this context, a new challenge is to use selective adsorption to remove phenolic compounds from liquid fuels. As a first step in our work, we used DFT calculations to design a suitable porous material in the family of faujasites exchanged with monovalent cations (cation = H+, Li+, Na+, Cs+, Ag+, and Cu+) in order to find a zeolitic formulation with a high affinity for phenol in the presence of water and toluene (biofuel model molecule). We have found that increasing the amount of the protonated and Lewis acid sites in the faujasite structure would be an appropriate mean of selectively purifying second-generation biofuels by removing phenol molecules. The second step is to study the removal of phenol from an isooctane solution over a faujasite containing protons that was considered as a good cation in the first step. Herein, we focused on the effect of the Si/Al ratio on the adsorption and regeneration capacities of the studied zeolites. For this deeper investigation, we have used a powerful combination of two types of modeling techniques: i) density functional theory (DFT) was used to determine the binding energies of phenol with several types of faujasite formulations, ii) the Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) was used to find the adsorption capacities of each used protonated zeolite. The obtained results are compared with those measured by various experimental tools (infrared spectroscopy, breakthrough curves and desorption experiments). As results, we have found that phenol was selectively removed from isooctane into HY (Si/Al=2.5) and USY (Si/Al=47) zeolites with a maximal adsorption capacity of 2.2 mmol·g−1, which corresponds to 3−4 phenol molecules per supercage of a faujasite structure. The adsorption equilibrium was reached more rapidly in DAY (Si /Al = ∞) compared to faujasites with a large amount of protonated sites, due to the presence of large pores at the expense of micro porosity as well as a low density of acidic sites. We have also shown that USY zeolites have good regenerative capacity compared to faujasites with high amounts of protonated sites. Indeed, after temperature programmed desorption, there is a low amount of residual phenol in the faujasite containing a small amount of protonated sites, in agreement with our low adsorption energy of phenol computed for this formulation.

Un rattachement ou une formation disciplinaire, pas plus que la relation à des espaces de travail et des instruments spécialisés, ne suffisent seuls à définir une culture scientifique. Ce sur quoi des chercheurs issus d’horizons divers travaillent, construit un mode singulier de conception de leurs activités, pratiques et rapport au monde. Leur réussite est irrémédiablement liée à un sujet, à la fortune que rencontre celui-ci comme innovation dans un contexte social qui le borne et qu’il crée simultanément. Comment s’organise cette (re)conversion vers une nouvelle thématique, alors que l’évolution des modes de financement privilégie aujourd’hui précisément ce cadrage ? Cette thèse propose une enquête sur la notion de « domaine de recherche », que nous définissons a priori comme le cadre des interactions entre l’activité professionnelle de chercheurs et la société autour d’un thème partagé ; elle défend sa dimension épistémique.Ce manuscrit décrit en parallèle le développement des bioénergies, une des principales formes d’énergie dites renouvelables ou encore durables, issue de la biomasse, ses acteurs et leurs jeux d’actions, dans un contexte de forte incitation à conduire une transition énergétique globale, mais aussi de controverses sociales vives. Les deux objectifs de cette thèse convergent :décrire le style de pensée inhérent à un domaine de recherche particulier est nécessaire à l’appréhension, au-delà des seuls discours et promesses, des modes effectifs de développement d’une innovation (ici la mobilisation à grande échelle de végétaux, microorganismes ou déchets pour produire des biocarburants) et donc in fine, à l’évaluation par tout un chacun, de sa pertinence. / Neither academic training within scientific disciplines, nor the daily work in the lab involving specialised equipments, define alone a scientific culture. What diverse researchers from various backgrounds work on, builds a specific way of designing their own activities, practices and relationships with the world. Their individual success is irrevocably bound to a subject, to its fortune as an innovation within the boundaries of a social context it simultaneously changes. How do they perform this (re)conversion to a new domain, as funding agencies nowaday favor this thematic framing? This thesis proposes an investigation into the notion of “research area”, which we a priori define as the frame of interactions between the professional activity of researchers and society around a shared theme; it stands up for its epistemic dimension.This manuscript parallelly describes the “bioenergy” development, a major form of renewable or sustainable energy derived from biomass, its social actors and their interrelations, as strong incentives towards a global energy transition meet sharp social controversies. The two objectives of this thesis meet: describing the inherent style of thinking within a particular research area is required to grasp, beyond the hopes and promises, the actual patterns of development of an innovation (in this case, the large-scale mobilisation of plants, microorganisms or waste to produce biofuels) and thus, ultimately, to collectively evaluate its relevance.

Ces dernières années, nous assistons à une prise de conscience généralisée de l'importance des impacts de notre mode de vie sur l'environnement, particulièrement en ce qui concerne le réchauffement global. L'objectif des politiques environnementales actuelles est le passage à des productions et des consommations durables qui passent par l'amélioration des performances énergétiques et environnementales des processus de production. De manière à réaliser cet objectif, la méthode de l'analyse du cycle de vie constitue à l'heure actuelle la méthode d'évaluation environnementale la plus largement utilisée. Cette méthode est ici appliquée dans le cadre de la production d'énergie renouvelable (électricité, chaleur, énergie motrice d'un véhicule) à partir de la biomasse d'origine agricole et forestière. Trois filières sont envisagées: la biométhanisation par fermentation d'effluents d'élevage et de cultures énergétiques, le bois énergie, et les biocarburants liquides purs et en mélange (5 % en volume) avec des carburants classiques (huile de colza, ester méthylique d'huile de colza, éthanol, éthyl tertio butyl éther). Il est prouvé que les énergies renouvelables participent à la réduction des impacts sur le réchauffement global et sur la diminution des ressources fossiles. Le présent travail apporte des éléments originaux sur plusieurs points. Outre ces deux aspects et au travers de trois méthodes d'analyse (CML 2 BASELINE 2000, ECOINDICATEUR 99 et IMPACT 2002+), d'autres catégories d'impact sont analysées de manière à fournir une information la plus complète possible sur la charge environnementale des filières étudiées. Les productions d'énergie des différentes filières considérées sont comparées avec des filières classiques utilisant des ressources fossiles pour un ensemble de charges environnementales en concordance avec la méthodologie de l'analyse du cycle de vie. Les méthodes d'analyse d'impact évoquées ci-dessus sont introduites successivement pour les comparaisons de chacune des filières avec les filières classiques. Afin de vérifier si le résultat environnemental obtenu est robuste à la méthode d'analyse d'impact, les trois filières utilisant la biomasse sont comparées entre elles avec les trois méthodes d'analyse d'impact. Compte tenu des résultats d'analyse d'impact, nous analysons si l'incertitude globale sur le résultat permet de considérer que les productions énergétiques comparées sont significativement différentes d'un point de vue environnemental. Les résultats montrent de manière générale, que les filières biométhanisation, bois énergie et biocarburants sont plus intéressantes que les filières classiques d'un point de vue environnemental global. L'application des trois méthodes d'analyse d'impact a permis de montrer que le choix d'une méthode n'est pas anodin et que les résultats peuvent être sensiblement différents en utilisant l'une ou l'autre des méthodes. La comparaison entre elles des trois filières montre que, pour des valorisations énergétiques analogues (production de chaleur en chaudière par exemple), la production énergétique par la filière biométhanisation est plus intéressante que la valorisation de l'huile (scores environnementaux de la production de chaleur en chaudière par la méthode IMPACT 2002+: 4,15.10-6 pt pour la chaudière au biogaz et 8,55.10-6 pt pour la chaudière fonctionnant à l'huile de colza). Le niveau de classement de la production énergétique de bois va dépendre des hypothèses retenues sur la gestion des cendres et sur le contrôle ou non des émissions. Les résultats d'analyses d'incertitude réalisées systématiquement montrent que l'incertitude globale est dans certains cas importante et ne permet pas de différencier de manière significative les systèmes de produits. Les différentes informations présentées dans cette étude constituent cependant autant d'éléments d'analyse objectifs dans le cadre d'un processus de décision qui concernerait le développement futur des filières étudiées./ Last few years, we attend a generalized awakening of our way of life influence to environmental impacts, particularly with regard to the global warming. The goal of the current environmental policies is the conversion to sustainable consumption and productions, making necessary the improvement of energy and environmental performance. To carry out this goal, the life cycle assessment is at present, the most largely used environmental assessment method. This method is applied in this study within the framework of the renewable energy (electricity, heat, mechanical energy in a vehicule) production from agricultural and wood biomass. Three reactor systems are considered: The co-fermentation of breeding effluents and energy crops, the wood fuels, the neat and blended (5 % volume) biofuels with fossil fuels. The biofuels considered are: rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester, ethanol from wheat and sugar beet and ETBE (ethyl tertio butyl ether). It is proven that renewable energies take part in the global warming mitigation and in the reduction of the fossil resources depletion. The present work brings original elements on several points. In addition to these two impact categories and through three assessment methods (CML 2 BASELINE 2000, ECOINDICATOR 99 and IMPACT 2002+) we approach other impact categories in order to provide the most complete information on the environmental load of the studied reactor systems. The energy productions of the various reactor systems considered are compared with conventional reactor systems using fossil fuels for a whole of environmental loads, in agreement with the life cycle assessment methodology. The impact assessment methods cited above are introduced successively for each reactor system comparison with the traditional ones. In order to check if the environmental result obtained is robust with the impact assessment method, the three reactor systems using biomass are compared between each other with the three impact assessment methods and the results are analyzed. Taking into account the impact assessment results, we analyze if the global uncertainty on the result makes it possible to consider that the compared energy productions are significantly different from an environmental point of view. The impact assessment results show in a general way, that the reactor systems considered are more interesting from a global environmental point of view than the traditional ones. The application of the three impact assessment methods shows that it does matter which method one choose and that the results can be sensitive to the method used. The three reactor systems comparison shows that for similar energy development (heat production in a boiler for example), the energy production by using biogas from fermentation is more interesting than the energy production from rapeseed oil (IMPACT 2002+ scores for boiler heat production: 4,15.10-6 pt for the biogas boiler and 8,55.10-6 pt for the rapeseed oil boiler). The classification of wood energy production will depend on the assumptions retained on ashes management and on the emissions control. The results of uncertainty analysis carried out systematically show that the global uncertainty is in some cases important and does not allow to differentiate significantly the compared product systems. The various information highlighted in this study however constitutes as many objective elements of analysis within the framework of a decision-making process which would relate to the future development of the studied reactor systems.

Depuis 2010, le gouvernement canadien a créé une loi qui exige 5% de biocarburant dans l’essence, et ce, dans un contexte d’insécurité alimentaire dont souffrent les plus défavorisés. Cette thèse fait l’analyse critique du discours des organisations privées qui ont promu les biocarburants dans ce contexte. Comment en sont-ils arrivés à fabriquer la normalité de l’usage des biocarburants? Cette dernière se produit par la mise en valeur de nouveaux emplois dans l’industrie, la promotion d’une économie rurale vigoureuse, la présentation de l’État comme facilitateur des marchés ainsi que l’accent mis sur les impacts environnementaux favorables des biocarburants. La normalisation s’explique aussi par la dénaturation des grains et la radicalisation du rôle du fermier afin que ceux-ci concordent avec l’idéologie (néo)libérale. Il importe que la criminologie critique, se positionne au sein d’une zémiologie, dont les objets d’études portent sur les torts sociaux émanant des structures et l’organisation inégalitaire de nos sociétés.

Biocarburants et éthanol en particulier jouent un rôle de plus en plus important en tant que carburants alternatifs. Néanmoins, ils dépendent du soutien gouvernemental afin d'avoir le même niveau de coûts que les carburants basés sur le pétrole. Comme plusieurs d'autres pays, l'U.E. protège son marché agro-alimentaire, et donc le marché interne d'éthanol contre les importations plus compétitives. Quant au bioéthanol, ce protectionnisme implique des mesures différentes au niveau de la production des matières premières et au niveau du produit final (tarifs douaniers et subventions). En conséquence, la situation actuelle est désavantageuse pour le développement d'un marché durable. En fait, une situation de marché libre est plus favorable au niveau économique ainsi qu'au niveau des gaz à effet de serre. C'est pourquoi le commerce libre d'éthanol durable est le scénario souhaitable pour l'avenir. Dans le cadre de ce mémoire, le but est d'examiner si les stratégies politiques de l'Union Européenne soutiennent le marché libre et la production durable d'éthanol. La recherche suggère que la politique de l'Union Européenne est partiale vers l'augmentation du revenu des fermiers et du développement rural. Ce but politique n'est pas en accord avec le commerce libre. De plus, le développement durable des marchés d'éthanol force l'U.E. d'adapter la notion "capacité concurrentielle" consignée dans la politique énergétique. Bien que l'U.E. possède des nombreux instruments d'intervention dans un tel scénario, il est un défi extraordinaire pour atteindre les buts politiques. La recherche suggère qu'il est impossible pour l'U.E. de promouvoir un marché libre et durable sans perturber l'atteinte des buts actuels de sa politique en faveur d'éthanol. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Biocarburants, Commerce international, Politique de promotion des énergies renouvelables, Protection du climat.

C'est dans un contexte marqué par une demande croissante en énergie primaire, une diminution des ressources et dans un souci de protection de l'environnement que le biocarburant de 2ème génération est développé. Cependant, ce biocarburant est non viable économiquement. L’optimisation, le contrôle et la connaissance des cinétiques régissant les procédés de fabrication de ce bioéthanol sont donc des éléments capitaux. Dans cette étude, le potentiel de la calorimétrie isotherme pour surveiller les réactions d'hydrolyse et de fermentation est testé.Les résultats montrent que cette méthode est efficace. En effet, celle-ci a permis de mettre en évidence l'importance du ratio enzyme/substrat pour maximiser le rendement et de déterminer un meilleur cocktail composé de cellulases + cellobiose déshydrogénase (CDH) qui permet la production d'une certaine quantité d'acide gluconique, qui pourrait améliorer l'attractivité de ce biocarburant. Ces mêmes essais ont également permis de déterminer la chaleur de l'hydrolyse de la paille de blé, qui est 32,18 ± 3,18 J.g-1 (gramme de sucres produits).Les mesures obtenues ont été utilisées pour déterminer les constantes cinétiques des cellulases + CDH sur la paille de blé et les résultats montrent que ce cocktail enzymatique est plus rapide à 45 °C dans la gamme de températures testée (40-55°C) avec une vitesse de 7,36 ± 0,62 mmol/L.min.Par ailleurs, les essais avec un calorimètre à échelle laboratoire ont montré que même si celui-ci ne mesure pas avec précision les chaleurs engendrées par les réactions d'hydrolyse et de fermentation, celui-ci donne de bonnes indications sur le déroulement et l'avancement de ces réactions. / Second generation biofuel is developed in a context marked by an increasing demand for primary energy, a decrease in resources and in environmental protection concernsHowever, this biofuel is not economically viable. Optimization, control and knowledge of the kinetics governing this bioethanol production processes are crucial elements.In this study the potential of isothermal calorimetry to monitor hydrolysis and fermentation reactions is tested.The results show that the isothermal calorimetry is an effective method. Indeed this method allowed determining that the substrate/enzyme ratio is an important parameter of the hydrolysis yield.Furthermore it has determined a better enzyme cocktail consisting of Cellulases + Cellobiose Dehydrogenase (CDH) which allows the production of a certain amount of gluconic acid, which could improve the attractiveness of these second-generation biofuels. These same tests also determined the hydrolysis heat of wheat straw which is 32.18 ± 3.18 J.g-1 (gram reducing sugars product).The measurements obtained were used to determine kinetic constants cellulases + CDH on wheat straw and the results show that this enzyme cocktail is faster at 45 ° C in the range of temperatures tested (40 - 55°C) with a speed of 7.36 ± 0.62 mmol/L.min.In addition, testing with a laboratory-scale calorimeter showed that even if this tool does not accurately measure the heat generated by the hydrolysis reaction and fermentation, it gives a good indication of the development and advancement of these reactions.

Depuis 2010, le gouvernement canadien a créé une loi qui exige 5% de biocarburant dans l’essence, et ce, dans un contexte d’insécurité alimentaire dont souffrent les plus défavorisés. Cette thèse fait l’analyse critique du discours des organisations privées qui ont promu les biocarburants dans ce contexte. Comment en sont-ils arrivés à fabriquer la normalité de l’usage des biocarburants? Cette dernière se produit par la mise en valeur de nouveaux emplois dans l’industrie, la promotion d’une économie rurale vigoureuse, la présentation de l’État comme facilitateur des marchés ainsi que l’accent mis sur les impacts environnementaux favorables des biocarburants. La normalisation s’explique aussi par la dénaturation des grains et la radicalisation du rôle du fermier afin que ceux-ci concordent avec l’idéologie (néo)libérale. Il importe que la criminologie critique, se positionne au sein d’une zémiologie, dont les objets d’études portent sur les torts sociaux émanant des structures et l’organisation inégalitaire de nos sociétés.

En 2011, cinq (5) cultivars de saules ont été sélectionnés pour leur rendement en biomasse. Ils ont été plantés sur quatre sites de la province du Québec et ont été maintenus selon le protocole de la culture intensive sur courtes rotations (CICR) afin de déterminer leur potentiel pour la bioénergie dans des environnements contrastés. La composition et l’anatomie du bois de ces cultivars ont été caractérisées et comparés en fonction des conditions environnementales caractéristiques de chaque site. La hauteur et le diamètre à la base des plantes diffèrent selon les sites. Ainsi, les cultivars répondent de façon spécifique aux conditions pédoclimatiques dans lesquelles ils sont cultivés. L’effet de l’environnement n’a pas été mis en évidence sur la teneur en lignine des cultivars. Cependant, un effet génotypique a pu être constaté soulignant l’importance de la sélectivité des cultivars. La densité du bois a étonnamment conservé la même hiérarchie génotypique entre les sites. À l’opposé, l’anatomie du bois présente des différences notamment au niveau des caractéristiques des fibres et des vaisseaux. Une forte teneur en polyphénols ainsi que des fibres moins larges et des vaisseaux plus nombreux ont été observés sur le site dont le bois est le plus dense supposant l’effet probable d’un stress abiotique. De plus, deux fois plus de fibres gélatineuses, fibres riches en cellulose, ont été identifiées sur ce site montrant un intérêt pour la production de bioéthanol. / In 2011, five (5) willow cultivars were selected for biomass yield. They were planted according to SRC (Short Rotation Coppice) protocol on four sites in Quebec (Canada) to determine their bioenergy potential in contrasting environments. Wood composition and anatomical traits were characterized and compared between both genotypes and environmental growing conditions. Tree height and stem diameter differed between sites, and pedoclimatic conditions more favorable for willow growth were identified. However, each cultivar showed a specific response to its environment. While no significant variation in lignin content was observed between sites, a clonal effect confirms the importance of cultivar selection. Surprisingly, the pattern of genotype variability in stem density was the same on all sites. Wood anatomy differed on fiber and vessel traits between high and low wood density sites, which suggests a probable effect of an abiotic stress. Furthermore, twice as many cellulose-rich G fibers were also found at the most dense site, evidence of potential for use in bioethanol production.

La synthèse de nitriles gras à partir de ressources renouvelables est un domaine qui attire depuis quelques temps les industries de la parfumerie, des polymères et des biocarburants pour avion. Ce travail de thèse s’est plus particulièrement intéressé à réduire de 100°C la température de travail pour les procédés en phase liquide et gaz, au moyen de catalyseurs plus efficaces. Le procédé en phase liquide a été étudié en terme de catalyse homogène et les formes actives à base de zinc ou indium ont été plus particulièrement détaillées ; des conditions ont été établies pour obtenir une réduction de 50°C de la température de travail. Le procédé en phase gaz a été étudié en terme de catalyse hétérogène, les catalyseurs obtenus ou synthétisés étant caractérisés par microcalorimétrie d’adsorption ; des corrélations entre la conversion de l’ester et l’acidité du lit catalytique ont été trouvées à 300°C, et des conditions expérimentales ont été développées pour obtenir une conversion totale à une température réduite de 100°C sur des catalyseurs choisis / The production of fatty nitriles from renewable sources has lately become attractive for the perfume, polymer and aviation biofuel industry. The present work investigated both liquidand gas-phase processes in the aim of developing catalysts working at 200°C, this is 100°C lower than the state-of-the-art. Homogeneous catalysis was described with zinc and indium based species for the liquid-phase process, succeeding in reducing by 50°C the operating temperature. Heterogeneous catalysts with acid-base features were characterized by adsorption calorimetry and tested in the gas-phase process, leading to correlations between acidity and ester conversion at 300°C, while conditions were found on selected catalysts in order for the process to perform the complete conversion of esters into nitriles at 200°C