L'Analyse de Cycle de Vie (ACV) permet de comptabiliser les émissions de la production à la combustion d'un biocarburant mais elle ne prend pas en compte la dynamique locale de ces émissions, notamment celle des émissions de N2O, principal gaz à effet de serre agricole. Notre objectif fut d'abord d'analyse l'effet du tassement du sol sur les émissions de N2O en combinant expérimentation et modélisation. À l'aide de chambres automatiques sur des parcelles de betterave, nous avons mesuré en 2007-2008 des émissions cumulées de 944-977 g N-N2O ha-1 en sol non tassé et 1,448-1,382 g N-N2O ha-1 en sol tassé. Les émissions plus importantes sur le tassé furent surtout dues aux conditions anoxiques propices à la dénitrification. Nous avons modifié le modèle NOE pour mieux simuler la nitrification et la variation des fractions de N2O sur les produits totaux. Malgré une meilleure prédiction de la nitrification et des flux post-fertilisation, le modèle modifié NOE2 sous-estima les émissions totales. La sévère sous-estimation en été montre que les cycles sec-humides peuvent entraîner de fortes émissions dont le déterminisme n'est ni élucidé ni modélisé. Nous avons ensuite utilisé un modèle d'agro-écosystème (CERES-EGC-NOE2) pour produire les données d'inventaire pour nos ACV locales. L'éthanol de Miscanthus produit en Picardie entraîne potentiellement beaucoup moins d'impacts environnementaux que celui de betterave. Comparés à l'essence, l'éthanol de Miscanthus permettrait une réduction de gaz à effet de serre de 82-85% par MJ, celui de betterave une réduction de 28-42% par MJ en fonction des conditions pédo-climatiques et des pratiques agricoles locales.

Cette thèse vise à clarifier le panorama actuel des résultats d'Analyse de Cycle de Vie (ACV) pour les carburants issus de cultures végétales, en vue d'identifier le potentiel et les marges de manœuvre de ces filières, pour la consommation d'énergie et les émissions de Gaz à Effet de Serre (GES). A cette fin, après une analyse bibliographique de la méthodologie d'ACV, les études existantes sur les carburants végétaux de première génération sont revues et les causes de leurs disparités identifiées par une analyse de sensibilité portant sur les paramètres méthodologiques et les données. Il apparaît que les choix méthodologiques ont un impact prépondérant sur les résultats finaux, et des recommandations sont formulées quant à la réalisation de ces études d'ACV. Le lien étroit entre résultats d'ACV et localisation de la production est également relevé. Une simulation simplifiée des procédés a ensuite été effectuée pour mesurer l'impact sur les bilans d'ACV de variantes technologiques ou de modes de valorisation des co-produits. Si la valorisation énergétique des co-produits montre le potentiel d'économies le plus important, sa rentabilité n'est assurée que pour des prix du baril élevés et des cours des marchés agricoles modérés, et les économies de GES réalisées par hectare mobilisé sont moindres que dans les cas de référence. Enfin la méthodologie de l'ACV est complétée en intégrant le rôle des sols en tant que puits de carbone au sein des frontières du système. Ceci a conduit à proposer un cadre temporel de comparaison des scénarios plus précis, ainsi qu'à définir une méthode dynamique de pondération des GES en fonction de leur année d'émission, cohérente avec les usages actuels des pouvoirs radiatifs des gaz. Son application à deux cas d'étude de changements d'usage des sols démontre la nécessité de définir, pour la production de carburants végétaux, des critères d'efficacité d'usage des sols en plus de ceux relatifs aux économies de GES de la directive 2009/28/CE.

Les carburants synthétisés à partir de la biomasse représentent une alternative crédible aux carburants conventionnels. La biomasse lignocellulosique présente en effet une importante disponibilité et son traitement physico-chimique permet d’obtenir une grande variété de composés aux propriétés intéressantes. La structure de ces biocarburants fait cependant intervenir des fonctions oxygénées, qui rendent la compréhension des phénomènes d’oxydation complexes. Le projet 2G-CSAFE, dans lequel s’inscrit le travail présenté ici, a pour objectif d’explorer la cinétique d’oxydation de certains de ces carburants. Les fonctions chimiques étudiées lors de ce travail sont les fonctions cétone, éther et ester. La combinaison de deux de ces fonctions (comme dans le cas des lévulinates) est également étudiée. Après une étude bibliographique qui vise à identifier les informations apportées par les études passées sur les composés les plus simples de chaque famille (acétone, diméthyl-éther et formiate de méthyle), l’accent est mis sur les rares travaux disponibles liés à la butanone, la cyclopentanone, la cyclohexanone, le dibutyl-éther, le formiate de butyle et le lévulinate de méthyle. La cinétique d’oxydation de ces composés est ensuite étudiée par des approches numériques et expérimentales. Des calculs de chimie théorique sont menés dans un premier temps pour étudier l’impact des fonctions oxygénées sur la structure du carburant et pour obtenir les constantes de vitesse relatives aux principales réactions mises en jeu. Des expériences en réacteur auto-agité par jets gazeux sont ensuite réalisées sur une gamme de température pouvant aller de 450 à 1250 K, à des pressions de 1 ou 10 atm et pour des richesses allant de 0,5 à 2. Les données ainsi collectées sont enfin utilisées pour développer des mécanismes cinétiques. L’accord entre les simulations et les données expérimentales est globalement satisfaisant pour des composés aussi complexes et les résultats présentés ici pourront être source d’analogies pour la modélisation d’autres carburants oxygénés. / Fuels produced from biomass are an interesting alternative to conventional fuels. Lignocellulosic biomass is indeed highly available and a wide variety of compounds can be obtained through its physico-chemical conversion. However, the structure of the fuels obtained from such processes involves oxygenated groups that make complicated the understanding of the oxidation chemistry. The work presented here is part of the 2G-CSAFE project, which aims at exploring the oxidation kinetics of these fuels. Chemical functions studied in this work include ketones, ethers and esters. The combination of two functions (as for levulinates) is also investigated. After a literature review aiming at collecting the information reported on the simplest compound of each group (acetone, dimethylether and methylformate), available studies on butanone, cyclopentanone, cyclohexanone, dibutyl-ether, butyl-formate and methyl levulinate are considered. The oxidation of these compounds is thereafter studied by numerical and experimental approaches. Ab initio calculations are performed to study the impact of the oxygenated groups on the structure and to derive rate constants for the major chemical pathways. Experiments are then carried out in a jet-stirred reactor for temperatures ranging from 450 to 1250 K, pressures of 1 or 10 atm and equivalence ratios from 0.5 to 2. The data obtained through these two approaches are finally used to develop and validate kinetic mechanisms. The overall agreement between experiments and simulations is satisfactory and results presented here can be used as a source of analogy for the future modeling of other similar oxygenated fuels.

Le secteur du transport en Europe dépend à 98% du pétrole, participe pour plus de 30% à la consommation énergétique et représente plus de 20% des émissions totales de gaz à effet de serre. Dans ce contexte, le développement des biocarburants permettrait une diversification énergétique et une diminution des émissions de gaz à effet de serre, les biocarburants ayant un impact environnemental réduit. De plus, le frottement dans les moteurs diesel est responsable de la perte de la consommation totale d'énergie de près de 15%. La plupart de ces pertes sont liées au contact piston-chemise. Développer les biocarburants peut alors contribuer à réduire d’une part la consommation d’énergie et d’autre part les émissions polluantes. L'additivation de biocarburants avec des modificateurs de frottement organiques (MF) peut être l’une des solutions pour répondre à cette problématique. Dans cette thèse, nous avons étudié les propriétés de réduction de frottement de différents types de MF organiques dans les matrices carburant (B0) et biocarburant (B7), en contact acier / acier. Une diminution significative du coefficient de frottement, de plus de 50%, a été observée en présence d'un mélange d'acides gras en matrice B7 à 100 °C. De plus, peu d’usure est causée durant le test en frottement grâce à la formation d'un tribofilm organique. Cette tribofilm semble être amorphe et généré par une réticulation accélérée des acides gras insaturés (MF) en présence d'esters (B7) dans les conditions tribologiques utilisées. Appuyé par des techniques d’analyses de surface, un mécanisme d'action de réduction de frottement par les additifs organiques dans les biocarburants est proposé et de nouvelles pistes de développement sont présentées. / Improve friction efficiency and environmental sustainability of engines have been increasing in importance since the end of 20th century. Indeed, friction in diesel engines is responsible for almost 15% loss of the total energy consumption. Most of these losses are related to the pistonliner contact. The development of new biofuels, allowing an energy diversification and decreasing the emissions of greenhouse gases due to their reduced environmental impact, can contribute to environmental sustainability and reduction in energy costs. The additivation of biofuels with organic friction modifiers additives (FM) can be an essential way to address this problem. In this thesis, we investigated the friction reduction properties of different kinds of organic FM in fuel (B0) and biofuel (B7) matrixes for steel/steel contact. A significant decrease of friction coefficient, more than 50%, was observed in the presence of a mixture of fatty acids blended to the B7 matrix at 100°C. Moreover, almost no wear is caused on the track thanks to the formation of an organic tribofilm. This organic-based tribofilm appears to be amorphous and generated by an easiest crosslinking of the unsaturated fatty acids (FMs) in the presence of esters under tribological conditions. Supported by advances surface analyses, a potential friction reduction action mechanism of acid-based additives in biofuels is proposed and new avenues for development are provided.

Cette thèse présente différents cas d'acclimatation d'une espèce de phytoplancton (Isochrysis sp.) à des modifications de son environnement physico-chimique avec une attention particulière portée sur la composante lipidique de la réponse aux changements. Dans ce contexte nous avons étudié les lipides à la fois comme des produits (triacylglycerol) et des acteurs (glycolipides) de la photosynthèse. Tout d'abord, nous avons étudié l’influence de plusieurs types de limitation par l'azote sur la teneur en lipides neutres des algues. Nous avons montré que la relation entre la disponibilité de l’azote et la teneur en lipide n'était pas monotone et qu'elle présentait un caractère hystérétique. Les cellules d’Isochrysis sp. n’accumulent des lipides neutres que transitoirement lors du passage d'une croissance forte vers une croissance faible. Nous nous sommes ensuite intéressé aux relations qui existent entre le cycle nycthéméral et l'accumulation de réserves énergétiques sous forme de lipides et de sucres. Les réserves sont accumulées pendant le jour en disproportion du reste du carbone et consommées pendant la nuit pour alimenter la division cellulaire et la croissance nocturne. La carence en azote dans ces conditions nycthémérales ne provoque pas d’accumulations significatives de lipides. Les variations diurnes de la teneur en lipides neutres sont plus importantes que les variations obtenues en carence. A travers ces différentes expériences nous avons pu mettre en évidences les relations qui existaient entre l'environnement, la croissance, et l'accumulation de réserves. La compréhension de ces mécanismes a permis de déterminer les conditions environnementales qui favorisent la production d’huile en vue d’une utilisation biocarburant. Nous avons aussi étudié l'influence des conditions de croissance sur la composition des glycolipides des membranes des chloroplastes. Les résultats montrent que les changements de la teneur en MGDG, DGDG et SQDG et de l’insaturation des acides gras de ces lipides accompagnent les modifications d’activité photosynthétique des cellules en limitation azotée et en cycle Jour/Nuit. / This thesis presents various cases of acclimation of a phytoplankton species (Isochrysis sp.) to changes in growth conditions, with special emphasis on the lipid response to those changes. In this context we have studied lipids as both products (triacylglycerol) and actors (glycolipids) of photosynthesis. First, we studied the influence of several types of nitrogen limitation on the neutral lipid content of algae. We showed that the relationship between nitrogen availability and lipid content was not monotonous and presented a hysteretic behaviour. Isochrysis sp. cells accumulated neutral lipids only transiently during the transition from high growth to low growth. We were also interested in the relationship between the circadian cycle and the accumulation of energy reserves as fats and sugars. Reserves were accumulated during the day and consumed during the night to provide energy for cell growth and division. Nitrogen deficiency under alternative light did not lead to significant accumulations of neutral lipids. Through these experiences we could understand the relationship between environment, growth, and accumulation of reserves. These results allowed us to identify the environmental conditions that enhance oil production for biofuel use. We also studied the influence of growth conditions on the composition of glycolipids that comprises chloroplast membranes. Changes in MGDG, DGDG and SQDG contents and in their fatty acids unsaturation were linked to changes in photosynthetic characteristics when growth conditions are modified (L/D cycle, N-limitation). Glycolipids are likely to be important actors of photosynthetic acclimation to environmental changes.

Au Burkina Faso, les biocarburants suscitent de nombreux espoirs quant au développement de l'accès à l'énergie en zone rurale et à la substitution des carburants fossiles importés. Plusieurs initiatives de production de biocarburants à partir de Jatropha ont été lancées au cours des dernières années par des ONG et des opérateurs privés. Le gouvernement envisage de définir une politique d’accompagnement pour le développement de ce secteur. Les bénéfices potentiels issus de cette activité, en terme de contribution au développement durable, doivent donc être soigneusement étudiés afin de prendre les décisions adéquates. L’objectif de ce travail est d’évaluer les opportunités de développement des biocarburants, en définissant les possibilités techniques dans le contexte et en analysant à quelles conditions et dans quelle mesure elles peuvent contribuer au développement durable. L'approche repose sur la modélisation des procédés impliqués dans la production, couplée à des outils d'évaluation environnementale et économique. L'efficacité économique est évaluée par une analyse de la valeur ajoutée produite au sein des filières, ainsi que sa distribution sous forme de revenus, aux employés, aux agents de la filière, à l'état et aux banques. Les impacts environnementaux, notamment les émissions de GES et la consommation d'énergie fossile, sont évalués à l'aide d'une analyse de cycle de vie. Trois produits finaux différents ont été envisagés : l'huile végétale brute (HVB) ou raffinée, destinée à des applications stationnaires et le biodiesel dédié aux transports. Une analyse individuelle de chaque procédé a permis d'identifier les paramètres les plus sensibles au niveau local. Pour tous les procédés, le prix de la matière première conditionne largement le coût de production. Pour la production d’HVB, le rendement en huile et la teneur en huile des graines ont une importance capitale. Les performances économiques du raffinage et de la transestérification de l’huile sont largement influencées par la capacité de transformation des procédés en raison d’économies d'échelle, et dans une moindre mesure, par la technologie et les ressources utilisées pour la fourniture énergétique. Dans le cas de la production de biodiesel, le prix du méthanol est également un facteur crucial. La méthode d'évaluation développée a été appliquée à plusieurs scénarios de production de biocarburants à partir de graines de Jatropha produites par les petits exploitants. Les résultats montrent que la méthode permet d’apporter des informations essentielles pour la prise de décisions politiques. Sur la base d'un prix de marché des graines de 100 FCFA/kg, les trois types de biocarburants envisagés peuvent être produits de manière rentable. Dans certains cas, l’utilisation de technologies avancées pour l'approvisionnement en énergie et la valorisation des sous-produits est indispensable pour atteindre un coût de production compétitif. Cela pourrait aussi être une solution pour augmenter le prix des graines afin d’assurer des revenus plus élevés aux agriculteurs. La production d'huile raffinée pour la production d’électricité est particulièrement coûteuse et nécessite une production à grande échelle pour être rentable. Les filières impliquant une usine de biodiesel approvisionnées par plusieurs huileries décentralisées constituent une solution pour contribuer à la fois à l’amélioration de l'accès à l'énergie en zone rurale et à la substitution des combustibles fossiles. Les revenus perçus par l'Etat sont directement liés à la valeur ajoutée et aux bénéfices générés par les producteurs de biocarburants. Enfin, les impacts environnementaux de la production d’huile sont relativement faibles, en termes d'émissions de GES et de consommation d'énergie fossile, en particulier si la fourniture énergétique est basée sur une ressource renouvelable. En revanche, les impacts de la production de biodiesel sont largement affectés par l'utilisation de méthanol. / The development of biofuel production in Burkina Faso, raises high expectations regarding the development of rural energy access and the substitution of imported fossil fuels. Several initiatives for biofuel production from Jatropha oilseeds were launched in recent year by NGOs and private operators.The government is planning to define a policy framework to support the development of this sector. To this end, the potential benefits from this activity needs to be carefully investigated in regard to sustainable development objectives.The goal of this work was to investigate these opportunities by determining the technical possibilities regarding the context and in what conditions and to what extent they can contribute to sustainable development objectives. The approach was based on the modelling and simulation of production processes coupled with environmental and economic assessment tools. Specific experiments were also led whenever data were not available, as for the determination of the oil yield of a screw press. Economic efficiency was assessed using value chain analysis, which consists in calculating the value added generated by the different activities involved in a supply chain, and the distribution of this value in the form of income to the employees, the supply chain players, the state and the banking institutions. Environmental impacts, including greenhouse gas emissions and fossil energy consumption, are evaluated using a partial life-cycle assessment. The production of three different final products was investigated, i.e. straight vegetable oil (SVO), refined oil aimed to be used for stationary applications (power generation, shaft power, pumping…) and biodiesel dedicated to transportation. The analysis of individual processes allowed to identify the most sensitive parameters at a local level. As a general trend for all processes, the price of feedstock dramatically affects the production cost. For SVO production, the oil recovery and the seeds oil content are of paramount importance. The economic performances of the refining and transesterification processes are largely conditioned by the processing capacity, due to economies of scale, and to a lesser extent by the solution employed for energy supply. In the case of biodiesel production, the price of methanol is also a crucial factor. The developed assessment method was applied to several prospective biofuel supply chains, all relying on the production of Jatropha seeds by smallholders. The results have shown that the method can bring crucial information to policy makers. Based on a seed market price of 100 FCFA/kg, any type of biofuel can be produced in a cost effective way. In some cases, the implementation of advanced technologies for energy supply and by-product valorisation is needed to reach the required production cost. This could also be a solution to increase the price of seeds so as to provide higher incomes to farmers. The production of refined oil for power generation appears to be rather expensive relatively to the target, which imposes large processing scales. Supply chains involving a biodiesel plant supplied by several decentralised SVO plants constitute a solution for addressing at the same time rural energy access and the substitution of fossil fuels. Then the income perceived by the State is directly determined by the value and the profits generated by biofuel producers. Eventually, the environmental impacts related to seed processing, in terms of GHG emissions and fossil energy consumption, is relatively low especially when energy requirements are supplied from a renewable resource. By contrast, the impacts of biodiesel production are systematically impaired by the use of methanol of fossil origin in the process.

L'oxydation et l'auto-inflammation de quatre carburants issus de la biomasse ont été étudiées dans des réacteurs adaptés à leurs réactivités, à haute pression et dans un large domaine de température. L'auto-inflammation du biogaz purifié (CH4 + H2) et du gaz de synthèse (CO + H2) a été étudiée en tube à choc à 10 bar entre 1200 et 2000 K. Elle se fait en un seul stade sans coefficient négatif de température ni de flamme froide. La cinétique d'oxydation du méthanol a été étudiée dans un réacteur parfaitement agité à 10 bar entre 700 et 1200 K. L'influence des oxydes d'azote (NOx) sur la cinétique d'oxydation du méthanol a également été étudiée. En présence de NOx l'oxydation du méthanol est accélérée. L'analyse et la quantification des produits de combustion ont permis de construire et de valider un modèle thermocinétique composé de 39 espèces et 170 réactions. L'oxydation et l'auto-inflammation du diméthyléther ont été étudiées en machine à compression rapide de 600 à 900 K et de 1,7 à 8,3 bar. L'effet de NO2 sur l'oxydation du diméthyléther a également été étudié. La formation de méthanoate de méthyle a été mise en évidence durant ce travail. Le diméthyléther présente une phénoménologie d'autoinflammation en deux stades avec coefficient négatif de température et flammes froides. Les délais d'autoinflammation mesurés en présence de NO2 sont plus courts. La base de données expérimentales établie à partir des résultats de cette étude a permis de mettre à jour un modèle thermocinétique de l'oxydation et de l'autoinflammation du diméthyléther. Le nouveau modèle a été validé sur des mesures obtenues en machine à compression rapide, tube à choc et réacteur parfaitement agité.

Lors de la production industrielle du biocarburant éthyl tert-butyl éther (ETBE), cet éther forme un azéotrope contenant 20 % d'éthanol. Comparé à la distillation ternaire utilisée pour la purification de l'ETBE, le procédé membranaire de pervaporation pourrait offrir une alternative intéressante et d'importantes économies d'énergie. Des membranes cellulosiques ont principalement été décrites pour cette application. En particulier, la sélectivité de l'acétate de cellulose (CA) était extrêmement élevée mais son flux trop faible. Dans cette thèse, différentes stratégies de greffage ont été explorées pour améliorer ses propriétés membranaires. La première a mis en œuvre la chimie "click" pour le greffage d'oligomères polylactide, conduisant à des membranes bio-sourcés originales pour cette application. Le greffage de liquides ioniques (LIs) a ensuite été étudié, initialement par chimie "click" (échec dû à des réactions secondaires) puis par une autre stratégie en 2 étapes impliquant une simple substitution nucléophile. Une seconde série de matériaux cellulosiques a été obtenue avec des LIs contenant un même anion bromure et différents cations (imidazolium, pyridinium ou ammonium) de polarité croissante. Une troisième série de nouveaux matériaux membranaires a ensuite été développée en échangeant l'anion bromure par différents anions Tf2N-, BF4-, and AcO-. Les propriétés membranaires de tous les matériaux greffés ont finalement été évaluées sur la base du modèle de sorption-diffusion, révélant que la sorption et la pervaporation étaient conjointement améliorées par les différentes stratégies de greffage développées. / During the industrial production of ethyl tert-butyl ether (ETBE) biofuel, this ether forms an azeotropic mixture containing 20 wt% of ethanol. Compared to the ternary distillation currently used for ETBE purification, the pervaporation membrane process could offer an interesting alternative and important energy savings. Cellulosic membranes have been mainly reported for this application. In particular, the selectivity of cellulose acetate (CA) was outstanding but its flux was too low. In this work, different grafting strategies were developed for improving the CA membrane properties for ETBE purification. The first strategy used "click" chemistry to graft CA with polylactide oligomers leading to original bio-based membranes for the targeted application. The grafting of ionic liquids onto CA was then investigated first by "click" chemistry (unsuccessful due to side reactions) and then by another two-step strategy implying simple nucleophilic substitution. A second series of cellulosic materials was obtained by grafting different ionic liquids containing the same bromide anion and different cations (imidazolium, pyridinium or ammonium) with increasing polar feature. A third series of new membrane materials was finally developed by exchanging the bromide anion with different anions Tf2N-, BF4-, and AcO-. The membrane properties of all grafted CA membranes were finally assessed on the basis of the sorption-diffusion model, which revealed that both sorption and pervaporation properties were improved by the different grafting strategies

La méthode de l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) est devenue ces dernières années un outil d’aide à la décision « environnementale » pour évaluer l’impact des produits et des processus associés. La pratique de l’ACV est documentée comme un outil pour l’évaluation d’impacts, la comparaison et la prise de décisions « orientée produit ». L’exploitation d’une telle méthode pour les procédés de l’industrie bio-physico-chimique a gagné récemment en popularité. Il existe de nombreux faisceaux d’amélioration et d’expansion pour sa mise en oeuvre pour l’évaluation des procédés industriels. L’étude s’attache à la production de biocarburant à partir de la plante Jatropha curcas L. selon une approche « attributionelle ». Cette étude présente l’évaluation environnementale d’un agro-procédé et discute de l’opportunité de coupler les concepts, les méthodes et les outils de l’ACV et de l’IPAO (Ingénierie des Procédés Assistés par Ordinateur). Une première partie présente l’ACV appliquée à l’agrochimie. L’état de la littérature apporte des enseignements sur les diverses études qui mettent en évidence le rôle et l’importance de l’ACV pour les produits et les différents agro-procédés. La substitution des carburants classiques par les biocarburants est considérée comme une voie potentielle de substitution aux énergies fossiles. Leur processus se doit d’être évalué au regard de l’impact environnemental et du paradigme du développement durable, en complément des critères classiques, économiques et politiques. La deuxième partie aborde notre étude ACV de la production du biocarburant à partir de la plante Jatropha. Cette évaluation englobe la culture et la récolte en Afrique, l’extraction de l’huile et la phase de production de biocarburants, jusqu’à son utilisation par un moteur à explosion. À cet effet, les normes ISO 14040 et 14044 sont respectées. Basée sur une perspective « midpoint » avec les méthodes de calcul d’impacts, Impact 2002+ et CML, nous fournissons les premiers résultats de la phase d’interprétation (GES, appauvrissement des ressources, la couche d’ozone, l’eutrophisation et l’acidification). Cette étude démontre le potentiel de production de biocarburants de deuxième génération à réduire l’impact environnemental. Dans le même temps, elle révèle que l’unité de transesterification est le plus impactant. Nous identifions les limites de notre application selon une approche ACV « pure ». Dans la troisième partie, nous discutons des bénéfices attendus du couplage de l’ACV et des méthodes de modélisation et de simulation de l’ingénierie des procédés. Nous suggérons alors une amélioration de l’approche environnementale des systèmes de production. Nous fournissons un cadre de travail intégrant les différents points de vue, système, processus et procédé afin d’évaluer les performances environnementales du produit. Un outil logiciel, SimLCA, est développé sur la base de l’environnement Excel et est validé par l’utilisation de la solution ACV SimaPro et du simulateur de procédés Prosim Plus. SimLCA permet un couplage ACV-simulation pour l’évaluation environnementale du système complet de production de biocarburant. Cette intégration multi-niveaux permet une interaction dynamique des données, paramètres et résultats de simulation. Différentes configurations et scénarios sont discutés afin d’étudier l’influence de l’unité fonctionnelle et d’un paramètre de procédé. La quatrième partie établit la conclusion générale et trace les perspectives. / With the rise of global warming issues due to the increase of the greenhouse gas emission and more generally with growing importance granted to sustainable development, process system engineering (PSE) has turned to think more and more environmentally. Indeed, the chemical engineer has now taken into account not only the economic criteria of the process, but also its environmental and social performances. On the other hand LCA is a method used to evaluate the potential impacts on the environment of a product, process, or activity throughout its life cycle. The research here focused on coupling of PSE domain with the environmental analysis of agricultural and chemical activities and abatement strategies for agro-processes with the help of computer aided tools and models. Among many approaches, the coupling of PSE and LCA is investigated here because it is viewed as a good instrument to evaluate the environmental performance of different unitary processes and whole process. The coupling can be of different nature depending on the focus of the study. The main objective is to define an innovative LCA based on approach for a deep integration of product, process and system perspectives. We selected a PSE embedded LCA and proposed a framework that would lead to an improved eco-analysis, eco-design and eco-decision of business processes and resulted products for researchers and engineers. In the first place we evaluate biodiesel for environmental analysis with the help of field data, background data and impact methodologies. Through this environmental evaluation, we identify the hotspot in the whole production system. To complement the experimental data this hotspot (i.e. transesterification) is selected for further modeling and simulation. For results validation, we also implement LCA in a dedicated tool (SimaPro) and simulation in a PSE simulation tool (Prosim Plus). Finally we develop a tool (SimLCA) dedicated to the LCA by using PSE tools and methodologies. This development of SimLCA framework can serve as a step forward for determination of sustainability and eco-efficient designing.

Cette thèse présente différents cas d'acclimatation d'une espèce de phytoplancton (Isochrysis sp.) à des modifications de son environnement physico-chimique avec une attention particulière portée sur la composante lipidique de la réponse aux changements. Dans ce contexte nous avons étudié les lipides à la fois comme des produits (triacylglycerol) et des acteurs (glycolipides) de la photosynthèse. Tout d'abord, nous avons étudié l'influence de plusieurs types de limitation par l'azote sur la teneur en lipides neutres des algues. Nous avons montré que la relation entre la disponibilité de l'azote et la teneur en lipide n'était pas monotone et qu'elle présentait un caractère hystérétique. Les cellules d'Isochrysis sp. n'accumulent des lipides neutres que transitoirement lors du passage d'une croissance forte vers une croissance faible. Nous nous sommes ensuite intéressé aux relations qui existent entre le cycle nycthéméral et l'accumulation de réserves énergétiques sous forme de lipides et de sucres. Les réserves sont accumulées pendant le jour en disproportion du reste du carbone et consommées pendant la nuit pour alimenter la division cellulaire et la croissance nocturne. La carence en azote dans ces conditions nycthémérales ne provoque pas d'accumulations significatives de lipides. Les variations diurnes de la teneur en lipides neutres sont plus importantes que les variations obtenues en carence. A travers ces différentes expériences nous avons pu mettre en évidences les relations qui existaient entre l'environnement, la croissance, et l'accumulation de réserves. La compréhension de ces mécanismes a permis de déterminer les conditions environnementales qui favorisent la production d'huile en vue d'une utilisation biocarburant. Nous avons aussi étudié l'influence des conditions de croissance sur la composition des glycolipides des membranes des chloroplastes. Les résultats montrent que les changements de la teneur en MGDG, DGDG et SQDG et de l'insaturation des acides gras de ces lipides accompagnent les modifications d'activité photosynthétique des cellules en limitation azotée et en cycle Jour/Nuit.