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.

Afin d’accompagner les acteurs des filières viticoles, notamment d’AOC, dans la nécessaire amélioration de l’éco-efficience de leurs produits, nous avons voulu identifier dans quelles conditions l’Analyse du Cycle de Vie est une méthode appropriée à l'évaluation environnementale des itinéraires techniques viticoles (ITKv) de production de raisins de qualité, à l’échelle parcellaire, afin de pouvoir choisir les plus performants. Pour établir et tester un cadre méthodologique de l’ACV, adapté à cet objectif, des ITKv réels et variés visant un même objectif qualitatif sont nécessaires. Nous proposons ici une chaîne de traitement d’enquête originale, Typ-iti, qui permet le choix de cas réels représentant chaque groupe. Cinq groupes ont ainsi été identifiés parmi les ITKv de production de raisins de Chenin blanc pour vins blancs secs d’AOC en Moyenne Vallée de la Loire, dont trois en viticulture conventionnelle et deux en viticulture biologique. Cinq cas réels ont été choisis pour les représenter. L’ACV est ici déclinée pour la viticulture sur la base de ces cinq cas, par l’établissement d’un cadre méthodologique qui comprend : i) la définition de limites du système incluant les phases non productives et productives, ii) le choix des modèles disponibles les plus pertinents, pour le calcul des émissions directes de polluants à la vigne, iii) l’adaptation fine du modèle d’émissions de pesticides organiques Pest LCI 2.0 aux spécificités viticoles, iv) la proposition et le test d’unités fonctionnelles basées sur un indicateur de qualité du raisin original permettant la prise en compte de la qualité dans les ACV de raisins destinés à la production de vins de qualité. L’ACV a révélé, à l’échelle parcellaire, i) des éco-efficiences contrastées pour les cinq ITKv contrastés, ii) les pratiques responsables de ces contrastes, iii) des solutions d’amélioration et leurs effets quantifiés sur les performances environnementales. La généricité des résultats de ces cas aux groupes qu’ils représentent varie selon l’homogénéité des groupes et avec les catégories d’impacts selon qu’elles sont, ou non, conditionnées par le milieu. L’effet important du millésime sur les résultats, mis en évidence ici sur un cas, mérite d’être pris en compte dans toute ACV viticole. De nombreuses perspectives d’améliorations méthodologiques sont discutées ici pour accroître la pertinence et la complétude des résultats ainsi que la généricité de la méthode et pour son application auprès d’acteurs du développement des filières viticoles. / In order to contribute to the effort of eco-efficiency improvement of the wine sctor, especially in the Protected Denomination of Origin (PDO) contaxt, we worked to identify in which conditions Life Cycle Assessment (LCA) is an appropriate method for environmental assessment, at plot scale, of quality vineyard Technical Management Routes (TMRs), to permit the choice of the most eco-efficient technical operations and TMRs.A methodological framework for LCA suited to this objective was designed and tested on five real and contrasted TMRs, oriented towards a same qualitative objective. These cases were chosen thanks to an original statistical analysis chain, Typ-iti, on the basis of a survey, among the TMRs producing Chenin blanc grapes for PDO dry white wines in the Middle Lore Valley. Five groups were identified and characterized, threee in conventional viticulture, and two in organic viticulture.The methodological framework that was established includes i) the studied system definition including productive and non-productive phases, ii) the choice of the most suitable and available models for calculation of pollutant direct emissions in the vineyard, iii) the customization of the organic pesticide emision calculation model, Pest LCI 2.0, to viticulture specific needs iv) the inclusion of grape quality in the LCA by two functional units including an original grape quality index.LCA proves to be a method complex but powerful, usable at parcel scale for grape production TMRs choice. It revealed i) contrasted eco-efficiencies for the 5 contrasted TMRs, ii) the viticultural practices responsible for these contrasts, iii) solutions for eco-efficiency improvement and quantification of their eco-efficiency effects.The important effect of the production year on the results, highlighted here on one case, must be taken into account in any viticulture LCA. Numerous perspectives of methodological improvement are discussed here in order to increase relevance and completeness of the results as well as genericity of the method and its accessibility for viticulture development stakeholders.

Le déploiement du développement durable passe par des enjeux de transition sociétale et technique auxquels cherche à répondre le Design for Sustainability (DfS). Dans le cadre de la conception des systèmes de production, et en particulier pour les produits manufacturés, les impacts environnementaux que ce soit en termes de consommation de ressources ou de rejets (déchets, émissions) doivent être intégrés comme des paramètres de conception. L’évaluation des impacts environnementaux (par exemple par l’Analyse de Cycle de Vie, ACV) doit donc s’articuler avec la gestion du cycle de vie des produits (PLM). L’inventaire de cycle de vie, ICV est un élément central du lien entre le système de production et son environnement, caractérisé par des informations géographiques et spatiales sur l’écosphère. Le travail de thèse proposé stipule que les impacts environnementaux des systèmes conçus dépendent de cette caractérisation géographique. Les approches d’écoconception et de DFS doivent donc intégrer ces informations géographiques ce qu’elles ne font que très peu, ces informations n’étant pas intégré dans les outils de conception. La thèse propose donc une approche de modélisation pour intégrer les informations relatives au produit et son système de production (via le PLM), l’évaluation de son potentiel d’impact environnemental (via l’ACV et en particulier l’ICV), et les informations géographiques en conception. Pour cela, les informations géographiques à associer sont identifiées et des cas d’études illustratifs sont construits pour montrer l’impact de ces informations sur la définition des produits / There are different approaches to implement sustainability and Design for Sustainability (DfS) is the one that give more accurate result by considering both global and regional scales. Integration of Life Cycle Assessment (LCA) into Product Lifecycle Management (PLM) is an example of tool integration to support sustainability. In LCA framework, Life Cycle Inventory (LCI) is the quantified and classified list of input and output flow of the LCA model that is a model of the product system, linking the technological system to the ecosphere (Environment system). As each region has a unique environmental system, design characteristics and specifications of technological system should be modified and adopted based on these differences. Implementation of this approach will require geographical information of interacted environmental systems, which is a kind of new strategy in DfS. Therefore, we tested the interest of the integration of Geographical Information Systems (GIS) with PLM to support geographical considerations during product development activities. The main research question of this research work is then how to propose this PLM-GIS integration for DfS. Thus, we conducted that literature review on existing data models about product, environment, geography and their combination is a key to prove the link among them

Le changement climatique mondial et les perturbations anthropiques affectent fortement les écosystèmes. Malgré des études à grande échelle axées sur la biodiversité, la façon dont les perturbations anthropiques influencent les divers aspects de l'écologie et de l'évolution des populations a également attiré une attention considérable. Cette thèse explore le stress amené par le changement climatique global sur les populations animales, en utilisant le système modèle du lézard commun (Zootoca vivipara) et de ses ectoparasites (un acarien du genre Ophionyssus et une tique Ixodes ricinus). La première étude aborde l'hypothèse de la compétition induite par les co-infections. La médiation environnementale est suggérée pour expliquer la cooccurrence entre ces deux espèces de parasites. La seconde étude utilise des données spatiales à long terme pour examiner les effets du réchauffement climatique sur l'infection parasitaire, la forme physique de l'hôte et la différence entre les différents phénotypes de l'hôte dans leurs réponses à ces stress (différences intraspécifiques). Des stratégies alternatives pour faire face à l'infection parasitaire et au réchauffement climatique sont validées, et un arbitrage phénotypique entre la défense contre le parasitisme et la survie est détecté. Cette étude confirme également une interaction phénotype - environnement, indiquant qu'au sein de la même population, certains phénotypes pourraient être plus vulnérables que d'autres sous la pression de la perturbation anthropique. La troisième étude se concentre sur les changements de comportement et de syndromes comportementaux dépendants du parasitisme et des différents états de l'hôte. Des traits reproductibles avec un biais sexuel sont identifiés, ainsi qu'un syndrome comportemental d'évasion-audace. L'état individuel (la gravité) semble affecter la stabilité du syndrome comportemental. Cependant, les effets causals du parasitisme restent vagues et doivent être confirmés par des expériences de contrôle. / Global change and anthropogenic disturbances are intensely affecting the earth ecosystem. Despite large-scale studies focusing on biodiversity, how anthropogenic disturbances could influence various aspects of population ecology and evolution has also drawn tremendous attention. This thesis explores the stress of global change imposed on the animal population, by using the model system of the common lizard (Zootoca vivipara) and its ectoparasites (one mite in the genus Ophionyssus and one tick Ixodes ricinus). The first study addresses the hypothesis in competition induced by co-infections. Environmental mediation is suggested to explain the co-occurrence between these two species of parasites. The second study uses a spatial and a long-term data to examine climate warming effects on parasite infection, host fitness, and how distinct host phenotypes differ in their responses to these stresses (intraspecific differences). Alternative strategies to cope with parasite infection and climate warming are validated, and a phenotype-dependent trade-off between defense against parasitism and survival is detected. This study also confirms a phenotype-by-environment interaction, indicating even within the same population, certain phenotype could be more vulnerable than others under the anthropogenic perturbation. The third study focuses on changes of behavior and behavioral syndromes under effects of parasitism and host states. Repeatable traits with sex bias are identified, so along with a boldness-escape behavioral syndrome. Individual state (gravidity) seems to affect the stability of the behavioral syndrome. However, the causal effects of parasitism still remain vague and need to be further testified with control experiments.

Le questionnement de la thèse émerge d'un contexte de réforme, en France, de l'enseignement des sciences en lycée qui met au centre du curriculum les démarches d'investigation (DI). Notre étude se situe au moment exact de la décision institutionnelle d'intégrer les DI dans l'enseignement de la chimie en classe de seconde. La mise en place des DI engendre une nouvelle complexité du travail des enseignants qui questionne à la fois leurs pratiques, leurs ressources et leurs connaissances professionnelles. Nous nous sommes proposé de saisir le développement professionnel des professeurs en chimie, particulièrement tourné vers les DI, à partir de leur documentation, c'est-à-dire du travail sur les ressources qu'ils réalisent pour accomplir leur enseignement, particulièrement de la part de ce travail qui prend place au sein de collectifs. L'étude est conduite sur deux études de cas. Dans la première, il s'agit d'un professeur que nous avons suivi, sur deux années consécutives, au sein d'une diversité de communautés professionnelles, parmi lesquelles une communauté associative a pris une place prépondérante. La deuxième étude de cas concerne une enseignante suivie sur une année au sein de communautés ordinaires d'un établissement scolaire. Dans les deux cas, l'étude s'intéresse plus particulièrement à l'enseignement du thème de la quantité de matière en classe de seconde, du fait de l'importance et de la complexité de ce thème d'enseignement au niveau du lycée. La thèse propose des développements théoriques et méthodologiques pour saisir le travail des enseignants, dans ses composantes individuelles et collectives, dans son unité et sa dynamique, en classe comme hors classe. Elle met en évidence le potentiel qu'a le travail collectif pour le développement professionnel des enseignants dans la perspective de DI / The questioning of the thesis emerges from a context of a science education reform in France, that emphasizes the inclusion of inquiry-based science teaching (IBST) into upper secondary school curricula. Our study is situated at the exact moment of the institutional decision to integrate IBST into chemistry teaching at grade 10. The implementation of IBST leads to a new complexity in the work of teachers, which questions their practices, their resources and their professional knowledge. We aim at gaining insight into the chemistry teachers' professional development, particularly with respect to IBST, based on their documentation, i.e. their work on the resources they realize in order to perform their teaching. We focus particularly on the part of this work that takes place within communities. The study was conducted on two case studies. The first one concerns a teacher whom we have followed over two consecutive years within a variety of professional communities, among which one associative community has taken a prominent place. The second case study concerns a teacher followed over one year within ordinary communities of a school. In both cases, the study focuses on the teaching of the amount of substance in grade 10, because of the importance and the complexity of this chemical theme at high school level. The thesis proposes theoretical and methodological developments to understand teachers' work, in its individual and collective components, in its unity and its dynamics, in class and outside the class. It highlights the potential of collective work for teachers' professional development with respect to IBST

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L’incertitude est présente dans toute innovation. Dans le domaine des nanotechnologies, l’incertitude qui entoure les risques sanitaires et environnementaux dont ces technologies pourraient être porteuses est si importante que la question de leur succès se pose.En partie du fait du manque de données cohérentes, il n’existe qu’une littérature empirique limitée sur les déterminants de la diffusion des nanotechnologies. Dans le cadre d’un programme de recherche sur les nanotechnologies, cette thèse a pour but d’investiguer les déterminants de l’adoption d’innovations dans une situation d’incertitude sur les risques environnementaux et sanitaires. Dans cette optique, nos travaux visent dans un premier temps à fournir une meilleure compréhension de la diffusion d’un produit qui est présent sur le marché depuis longtemps. Nous avons choisi une substance chimique très utilisée, le bisphénol A (BPA). Différentes méthodes économétriques sont appliquées afin de mieux comprendre la relation entre la consommation, la croissance économique, les nouvelles connaissances scientifiques concernant le risque et d’autres variables utilisant les données relatives au BPA. Les résultats illustrent un ensemble de facteurs qui influencent la consommation de BPA au niveau international.Dans un second temps, nous montrons dans quelle mesure cette étude permet d’éclairer la réflexion initiée sur la diffusion des nanotechnologies, notamment le nano-argent.Le comportement des différents acteurs en réponse à la production de connaissances scientifiques nouvelles sur les risques est étudié, ce qui nous permet d’aboutir à une compréhension approfondie de “développement nanoresponsable”. / Uncertainty is immanent in every innovation. Uncertainty about environmental and health risks that surround nanotechnology raises the questions of innovation success. Due in part to a lack of consistent data, there is limited empirical literature on determinants of the diffusion of nanotechnology. As part of a research program on nanotechnology, this research aims to investigate determinants of uptake of innovation in a situation of uncertainty about environmental and health risks. With this goal, as a first step, this work seeks to provide better understanding of the diffusion of a product that has been on the market for a long time. We have chosen a chemical, bisphenol A (BPA), because of the lack of historical data on nanomaterials. As a second step, we compare the results of the BPA study to nanosilver. We apply different econometric methods to gain insights into the relationship between consumption, economic growth, new scientific knowledge about risk and other variables using the data on BPA. The results illustrate a set of factors that influences the consumption of BPA at international level. The comparative study between BPA and nanosilver helps to refine the interpretation of main results and to obtain additional insights into the determinants of uptake of nanosilver. An explanatory analysis sheds light on the actions that different stakeholders undertake in response to new scientific knowledge about risk and deepens our understanding of “nanoresponsible development”.Keywords: Innovation, diffusion of innovation, product life cycle, nanotechnology, bisphenol A, risk, uncertainty, environment, health, precautionary principle, Safer by Design, responsible development

Bien que le gouvernement cambodgien s’efforce d’augmenter sa production d’électricité pour répondre à sa demande en énergie, il reste toujours dépendant de réseau électrique existant ou de l’extension du réseau dont le coût d’investissement initial est élevé. La solution temporelle consiste à employer un système de production d'énergie distribué qui présente un coût de cycle de vie inférieur et introduit une diversité de technologies pour répondre aux applications. Minimiser les impacts environnementaux représente un objectif majeur du développement durable, compte tenu de l'épuisement des ressources et des capacités d'adaptation limitées de l'environnement. Les ressources en énergies renouvelables ont été bien comprises comme les solutions pour alimenter le développement rural et réduire les impacts environnementaux de la production d’énergie. Suivant les progrès technologiques et de la demande croissante des consommateurs, de grande quantité de déchets électriques et électroniques ont entraîné de graves conséquences pour l’environnement. Les stratégies actuelles reposent principalement sur les techniques classiques de collecte et de traitement des déchets. Ce travail de thèse proposait une solution de réutilisation des composants électroniques dans un système d'énergie renouvelable hybride isolé pour la solution d'électrification pour la zone rurale. Une configuration choisie pour le système proposé est un système de génération hybride solaire-hydroélectrique, car les ressources solaires et hydrauliques sont abondantes dans les zones rurales du Cambodge. Les composants qui sont réutilisés dans la solution comprennent des blocs d’alimentation d’un PC (PSU) pour la partie solaire, des alimentations sans interruption (UPS) et des machines asynchrone triphasées pour la partie hydraulique. Les batteries automobiles usagées sont utilisées pour le stockage d’énergie. Ce travail de thèse aborde dans une première partie l’évaluation des impacts environnementaux de la solution de réutilisation proposée. Cette étude repose sur la méthodologie de l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) qui compare les impacts du cycle de vie de la solution proposée à ceux d’une solution conventionnelle. La deuxième partie de ce travail traite des aspects technologiques de la solution de réutilisation, à la fois en théorie et en expérimentation. La première partie de cet aspect concerne la reconversion des blocs d’alimentations usagées. Le bloc d'alimentation, qui contient généralement l'un des quelques types de convertisseurs DC-DC isolés, est réutilisé comme contrôleur de charge, qui est le composant principal du système de générateur photovoltaïque. La dernière partie de cette thèse décrit une nouvelle configuration de générateur basé sur des moteurs asynchrone triphasés. Le générateur monophasé proposé basé sur une machine triphasée est une version modifiée d'une topologie à base de l’onduleur où deux enroulements sont alimentés séparément par sources d'excitation, et l'autre enroulement est connecté à la charge. Une nouvelle modélisation est proposée. Les résultats de simulation sont comparés aux résultats expérimentaux en alimentation sinus. La comparaison met en évidence une supériorité de la nouvelle configuration par rapport à l'ancienne en termes de rendement et de minimisation de pulsations de couple / While the Cambodia’s government is making effort to increase electricity production for its energy demand, it still remains dependent on the existing or the expansion of the centralized grid lines which have high initial investment cost. The temporally solution is to employ a distributed energy generation system which has lower life cycle cost and provides a diversity of technologies to meet the desired applications. Minimizing environmental impacts represents a major objective of sustainable development considering resources depletion and the limited capabilities of the environment to adapt. The potential of renewable energy resources has been well understood as the solutions to power rural development and to reduce the environmental impacts of energy generation. Due to advance in technologies and increasing consumer demands, there has been a vast amount of electrical and electronic waste which introduces severe impacts on the environment. The current strategies mainly rely on conventional waste collection and processing techniques for material recovery. This thesis proposed a solution of reusing discarded components in an isolated hybrid renewable energy system as the solution for electrification of rural Cambodia. This is frugal innovation, local solution with local materials for and with local people. A suitable configuration for the proposed system is a solar-hydro hybrid generation system since solar and water resources are plentiful in rural Cambodia. The components that are reused in the solution after being discarded include computer power supply units (PSUs) for the solar part, uninterruptable power supply units (UPSs) and three phase induction machines for the electrohydro part. Used auto-mobile batteries will be used for the system storage. The thesis presents in the first part the evaluation of the environmental impacts of the proposed reuse solution for rural electrification. The study of the environmental impacts is based on Life Cycle Assessment (LCA) methodology which compares the life cycle impacts of the proposed solution to that of a conventional solution. Moreover, a sensitivity analysis is achieved in order to evaluate the impacts of uncertainties of the environmental impacts. The second part of this work deals with the technological aspects of the reuse solution in both theory and experimentation. The first part of this aspect is focused on the repurposing of used computer power supply units (PSUs), through limited modifications of the circuits in order to increase its range of operation. The PSU which usually contains one of a few types of isolated DC-DC converters is repurposed as charge controller with MPPT control in a cheap micro-controller with very good results. The last part of this thesis studies a new configuration of generators based on re-used three-phase induction motors. The proposed single-phase generator is based on a three-phase machine in a modified version of the coupling and with a rather uncommon supply. Modelling is highly investigated. An inverterassisted topology where two windings will be supplied separately by two inverters for excitation and the remaining winding is connected to load. A new modeling of the generator has been studied. The results of simulation were compared to experimental test results in open loop study. These results have demonstrated the advantages of the new configuration in comparison to the previously proposed inverter-assisted topology in term of efficiency and minimization of torqueripple

Récemment, la pyro-gazéification de déchets ménagers solides (DMS) a suscité une plus grande attention, en raison de ses bénéfices potentiels en matière d’émissions polluantes et d’efficacité énergique. Afin de développer un système de traitement de ces déchets, durable et intégré, ce manuscrit s’intéresse plus spécifiquement au développement de la technique de pyro-gazéification des DMS, à la fois sur l’aspect technologique (expérimentations) et sur son évaluation globale (modélisation). Pour cette étude, quatre composants principaux représentatifs des DMS (déchet alimentaire, papier, bois et plastique) ont été pyro-gazéifiés dans un lit fluidisé sous atmosphère N2, CO2 ou vapeur d’eau. Les expériences ont été menées avec les composés seuls ou en mélanges afin de comprendre les interactions mises en jeu et leurs impacts sur la qualité du syngas produit. La présence de plastique améliore significativement la quantité et la qualité du syngas (concentration de H2). La qualité du syngas est améliorée plus particulièrement en présence de vapeur d’eau, ou, dans une moindre mesure, en présence de CO2. Les résultats obtenus ont été ensuite intégrés dans un modèle prédictif de pyro-gazéification basé sur un réseau de neurones artificiels (ANN). Ce modèle prédictif s’avère efficace pour prédire les performances de pyro-gazéification des DMS, quelle que soit leur composition (provenance géographique). Pour améliorer la qualité du syngas et abaisser la température du traitement, la gazéification catalytique in-situ, en présence de CaO, a été menée. L’impact du débit de vapeur d’eau, du ratio massique d’oxyde de calcium, ainsi que de la température de réaction a été étudié en regard de la production (quantité et pourcentage molaire dans le gaz) d’hydrogène. La présence de CaO a permis d’abaisser de 100 oC la température de gazéification, à qualité de syngas équivalente. Pour envisager une application industrielle, l’activité du catalyseur a aussi été évaluée du point de vue de sa désactivation et régénération. Ainsi, les températures de carbonatation et de calcination de 650 oC et 800 oC permettent de prévenir la désactivation du catalyseur, tandis que l’hydratation sous vapeur d’eau permet la régénération. Ensuite, une étude a été dédiée à l’évaluation et à l’optimisation de la technologie de pyro-gazéification par la méthode d’analyse de cycle de vie (ACV). Le système de gazéification permet d’améliorer les indicateurs de performances environnementales comparativement à l’incinération conventionnelle. De plus, des systèmes combinant à la fois la transformation des déchets en vecteur énergétique et la mise en œuvre de ce vecteur ont été modélisés. La pyro-gazéification combinée à une turbine à gaz permettrait de maximiser l’efficacité énergétique et de diminuer l’impact environnemental du traitement. Ainsi, les résultats permettent d’optimiser les voies actuelles de valorisation énergétique, et de d’optimiser les techniques de pyro-gazéification. / Due to the potential benefits in achieving lower environmental emissions and higher energy efficiency, municipal solid waste (MSW) pyro-gasification has gained increasing attentions in the last years. To develop such an integrated and sustainable MSW treatment system, this dissertation mainly focuses on developing MSW pyro-gasification technique, including both experimental-based technological investigation and assessment modeling. Four of the most typical MSW components (wood, paper, food waste and plastic) are pyro-gasified in a fluidized bed reactor under N2, steam or CO2 atmosphere. Single-component and multi-components mixture have been investigated to characterize interactions regarding the high-quality syngas production. The presence of plastic in MSW positively impacts the volume of gas produced as well as its H2 content. Steam clearly increased the syngas quality rather than the CO2 atmosphere. The data acquired have been further applied to establish an artificial neural network (ANN)-based pyro-gasification prediction model. Although MSW composition varies significantly due to geographic differences, the model is robust enough to predict MSW pyro-gasification performance with different waste sources. To further enhance syngas properties and reduce gasification temperature as optimization of pyro-gasification process, MSW steam catalytic gasification is studied using calcium oxide (CaO) as an in-situ catalyst. The influence of CaO addition, steam flowrate and reaction temperature on H2-rich gas production is also investigated. The catalytic gasification using CaO allows a decrease of more than 100 oC in the reaction operating temperature in order to reach the same syngas properties, as compared with non-catalyst high-temperature gasification. Besides, the catalyst activity (de-activation and re-generation mechanisms) is also evaluated in order to facilitate an industrial application. 650 oC and 800 oC are proven to be the most suitable temperature for carbonation and calcination respectively, while steam hydration is shown to be an effective CaO re-generation method. Afterwards, a systematic and comprehensive life cycle assessment (LCA) study is conducted. Environmental benefits have been achieved by MSW gasification compared with conventional incineration technology. Besides, pyrolysis and gasification processes coupled with various energy utilization cycles are also modeled, with a gasification-gas turbine cycle system exhibits the highest energy conversion efficiency and lowest environmental burden. The results are applied to optimize the current waste-to-energy route, and to develop better pyro-gasification techniques.

Le traitement thermique des déchets municipaux suscite de plus en plus l’attention du fait des gains énergétiques et environnementaux associés. Cependant, du fait de la présence de composés chlorés (sels, plastiques) de l’acide chlorhydrique (HCl) est généralement produit lors de ce traitement et provoque des désagréments tels que la corrosion, la formation de contaminants organiques toxiques, une acidification, etc. De ce fait, le but du présent travail de thèse vise à étudier le rôle d’un réactif à base de CaO (oxyde de calcium) pour l’abattement in-situ des émissions de HCl issues du traitement thermique des déchets. Dans ce travail, l’absorption/réaction du gaz HCl par le lit catalytique de CaO a été étudiée expérimentalement et théoriquement. Tout d’abord, il a été montré que le lit de CaO conduit à un abattement significatif du HCl généré, formant une couche de CaCl2 en surface des particules de CaO. Cependant, la température opératoire est un facteur important du procédé, la capacité d’absorption de HCl diminuant de 778,9 à 173,9 mg/g-CaO en augmentant la température de 550 à 850°C. L’analyse cinétique de la réaction, en confrontant les données expérimentales à différents modèles de réaction de surface sur une particule, montre que la diffusion du gaz HCl au travers de la couche de CaCl2 (produit de la réaction de surface) est d’abord limitée par la réaction à l’interface puis par la diffusion de HCl dans cette couche poreuse en croissance. Pour simuler la génération de HCl in-situ par une source organique, la pyro-gazéification du PVC a été effectuée en présence ou en absence de CaO. Une modélisation des différentes étapes de la décomposition du PVC en présence de CaO a montré que l’énergie d’activation apparente de la réaction de déchlorination était légèrement augmentée (de 136,5 à152,6 kJ/mol) tandis que l’énergie apparente globale de la pyro-gazéification du PVC est diminuée de 197,3 à 148,9 kJ/mol en utilisant CaO. La génération in-situ de HCl a aussi été réalisée en utilisant un mélange modèle de déchets municipaux, contenant du chlore organique et inorganique. L’abattement en HCl a été évalué, et la nature chimique des goudrons a été analysée. En présence de CaO, la part de composés organiques oxygénés est réduite, améliorant ainsi la qualité des goudrons en vue d’un raffinage en bio-huile. Une approche par analyse de cycle de vie a aussi été réalisée pour la pyro-gazéification et l’incinération des déchets municipaux. La modélisation a été réalisée en envisageant 3 scénarios de déchlorination : (1) gazéification avec fusion des cendres puis une étape de traitement du chlore ex-situ à basse température, (2) gazéification suivie d’une étape d’épuration du chlore ex-situ à haute température, (3) gazéification couplée à une déchlorination in-situ en présence du réactif CaO. Ce dernier scénario hypothétique offre les meilleures performances environnementales (par exemple: acidification, réchauffement, émissions polluantes toxiques….) mais reste un modèle théorique et simplifié. / Thermal treatment of municipal solid waste (MSW) attracts increasing attention due to the associated environmental and energy benefits. However, due to the chlorinated components of the MSW (salts, plastics) hydrogen chloride (HCl) is usually generated and may cause corrosion, toxic organic contaminants formation, acidification, etc. The present study focuses on the reactivity of a calcium oxide (CaO) reactant for in-situ mitigation of released HCl from thermal treatment of MSW. In this work, sorption of HCl gas in CaO reactive bed has been experimentally and theoretically studied. First, it is shown that the use of CaO is effective to remove released HCl gas, by forming a CaCl2 layer at the surface of CaO particles. However, temperature of the reactor is a key process parameter, since the removal capacity of HCl decreases significantly from 778.9 to 173.9 mg/g-CaO with the increase of temperature from 550°C to 850°C. A kinetics analysis has been developed by comparing experimental data with models describing the reaction at the particle surface. It has been concluded that the sorption of HCl at the CaO particle surface is firstly limited by the heterogeneous gas-solid reaction, followed by the HCl diffusion through this porous growing layer. To simulate the in-situ generation of HCl from organic source, pyro-gasification of PVC has been performed with or without CaO addition. The experimental data have been then used for the modeling of the different PVC decomposition steps. Although the average apparent activation energy of pseudo dehydrochlorination reaction is increased from 136.5 kJ/mol to 152.6 kJ/mol with the addition of CaO, the apparent activation energy of the overall PVC decomposition has been decreased from 197.3 to 148.9 kJ/mol by using CaO reactant. In-situ generation of HCl from organic and inorganic sources has also been conducted using simulated MSW. HCl mitigation has been evaluated together with the chemical speciation of the produced tars. Using CaO, the amount of oxygenated organic compounds has been reduced, improving the quality of the tars for a further bio-oil upgrading. To complete the aforementioned works, life cycle assessment (LCA) of three typical pyro-gasification and incineration processes is conducted to compare their overall environmental sustainability. Moreover, pyro-gasification-based WtE systems with different dehydrochlorination strategies are further modeled: 1) conventional gasification system; 2) novel gasification coupled with ex-situ high temperature dehydrochlorination system; and 3) hypothetical gasification coupled with in-situ dehydrochlorination system. The obtained results could be applied to optimize the current waste pyro-gasification systems, with special focus on developing strategies for in-situ dehydrochlorination purpose.