Le réchauffement global du climat serait attribuable majoritairement aux émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère par les activités humaines comme la combustion des combustibles fossiles, la déforestation et les activités agricoles. Les biocarburants, des combustibles renouvelables et capables de mitiger les émissions de gaz à effet de serre, pourraient réduire notre dépendance aux combustibles fossiles et aider à la lutte contre les changements climatiques. De plus, l'implantation de systèmes de culture intercalaire (SCI) serait une alternative de choix permettant de revaloriser les terres marginales québécoises et restaurer une partie de leur fertilité originelle, ce qui permettrait de faire pousser les cultures de biocarburants sans faire compétition aux cultures nourricières déjà présentes sur les terres agricoles fertiles. Le présent travail s'inscrit donc au sein d'un réseau de chercheurs pan-canadien, le réseau des cultures vertes, afin de déterminer les rendements potentiels d'une culture de canola pour la production de biocarburants sur des terres marginales et d'évaluer l'impact de cette culture sur les émissions d'oxyde nitreux, un puissant gaz à effet de serre. Nous avons démontré au premier chapitre que la culture de biocarburants sur les terres marginales québécoises est possible avec l'implantation de systèmes de culture intercalaire, que ces systèmes peuvent mitiger les émissions d'oxyde nitreux des terres agricoles et que certains cultivars de canola performants peuvent aussi accroître les émissions d'oxyde nitreux. Dans le second chapitre, nous avons trouvé une tendance vers des rendements supérieurs et des besoins nutritionnels inférieurs pour les biocarburants de deuxième génération en comparaison avec ceux de la première génération et nous avons estimé que la substitution du tiers de notre consommation de combustibles fossiles serait réalisable avec 10 % des terres agricoles mondiales ainsi que les terres marginales par la production de biocarburants.

La biométhanisation est une biotechnologie qui exploite la capacité des consortiums bactériens anaérobie afin de solubiliser, dégrader et produire une grande quantité de biogaz à partir d’une grande variété de matière organique. Ce biogaz contient une concentration en méthane, laquelle confère un très grand pouvoir calorifique au biogaz pouvant être utilisé dans différents [i.e. différentes] applications (biocarburants, cogénération, trigénération etc.). La biométhanisation en milieu contrôlé assure l’hygiénisation de la matière organique tout en profitant du biogaz produit afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre, et d’éviter les émissions d’odeurs nauséabondes pouvant affecter la population entourant le site d’exploitation. En Europe, la méthanisation est répandue, dû aux politiques européennes qui ont introduit certaines réglementations en faveur de la méthanisation comme une technologie valable pour la production de l’énergie électrique à un prix compétitif. Ceci s’avère possible car, en Europe à la différence du Québec, l’électricité s’avère plus coûteuse. Au Québec, il existe différents projets de biométhanisation en cours. Le gouvernement a disposé de 650M$ dollars pour le développement de la méthanisation et du compostage afin de stimuler et chercher des alternatives de gestion des déchets moins nuisibles à l’environnement. Ce mémoire couvre les aspects techno-économiques et énergétiques de la gestion des substrats organiques putrescibles traités par un procédé de digestion anaerobie (biométhanisation) dans le contexte des Iles-de-la-Madeleine (ÎdM) en considérant un système de valorisation énergétique par cogénération (production d’énergie électrique et thermique). Cette étude est élaborée afin de traiter ~7 900 tonnes de matières organiques putrescibles (résidus de la collecte municipale, résidus de l’industrie de transformation de la mer et la boue de fosses septiques) provenant de la municipalité des ÎdM. Pour ce faire, ont été considérés 100%, 50% et 0% de l’apport actuel en matière [i.e. matières] putrescibles de l’industrie des pêches divisées en différents scénarios. Ces scénarios sont comparés d’un point vu [i.e. de vue] technicoéconomique et énergétique à l’aide du logiciel MATTEUS développé par Hydro-Québec afin de suggérer le meilleur procédé intégré de gestion des MR. dans le contexte des ÎdM. La technologie de méthanisation choisie dépendra de la biodégradabilité des déchets, ainsi que la composition et l’homogénéité de ces derniers. La technologie choisie repose sur un procédé de méthanisation à voie humide opéré en continu dans un digesteur infiniment mélangé en condition mésophile. Ce système fonctionne à une siccité du mélange des substrats admise au digesteur inférieure à 15%, ce qui justifie l’approche. À titre indicatif, le scénario traitant 100% d’apports de matières résiduelles (~7 900 tonnes de matières organiques/an) génère une production de méthane d’environ ~176 0 0 0 Nm³/an. Les résultats obtenus à partir des modélisations faites démontrent que le biogaz produit par la biométhanisation de ces déchets pourrait alimenter un groupe électrogène d’une puissance se situant entre 59 et 90 kWe dont le surplus de l’électricité pourrait être vendu. L’estimation de l’investissement nécessaire pour l’implantation d’un procédé de biométhanisation aux ÎdM varie entre 1.3 et 1.9 million de dollars selon le scénario considéré. Selon l’hypothèse d’une subvention du 67% du coût total de l’installation et d’un financement de 33% du coût total, à 4,58% d’intérêt amorti sur une période de quinze ans, le sommaire des dépenses annuelles incluant la main d’oeuvre, la maintenance et le remboursement du capital s’élève entre 124 000 et 144 000 $/an. Le scénario 100% qui gère les trois types d’intrants issus de la municipalité pour faire de la valorisation sous forme de cogénération de chaleur et d’électricité obtient le meilleur résultat économique avec un bilan annuel positif de 103 786 $/an (ce qui correspond à 8,29$/habitant.an). Afin de diminuer le coût de gestion de MR, la municipalité pourrait évaluer la possibilité d’utiliser le biogaz produit plus la matière résultante du compostage par un couplage de technologie (gazéification ou une autre) pour partager les coûts avec leurs partenaires et profiter du biogaz produit. En plus, dans ce projet, l’énergie thermique n’a pas été valorisée, ce qui représente une ressource possédant un potentiel économique éventuel pouvant être utilisé si des entreprises viennent se construire près de la source.

Le monde agricole québécois a actuellement la volonté de mettre en place une filière biomasse pour la production de chaleur à la ferme. Toutefois, la législation sur la qualité de l’air du Québec ne permet pas de valoriser aisément des cultures énergétiques à cette fin. Dans la littérature, le manque de facteurs d’émission en lien avec la combustion de biomasses lignocellulosiques limite l’actualisation du règlement, plutôt contraignant dans le moment, pour répondre aux besoins du milieu. Par ailleurs, la variabilité des propriétés physico-chimiques des plantes agricoles rend le dossier encore plus complexe. Le présent projet visait donc à quantifier l’influence des caractéristiques (espèce, composition chimique, date de récolte, forme, etc.) des cultures dédiées ayant le meilleur potentiel de développement au Québec sur les émissions atmosphériques (particules et gaz) lors de la combustion à la ferme. Une revue critique de la littérature a d’abord ciblé, en plus du bois (référence), quatre biomasses agricoles d’intérêt : le saule à croissance rapide, le panic érigé, le miscanthus et l’alpiste roseau. Ces cultures pérennes ont ensuite été acquises de divers producteurs selon la forme du produit (copeaux, granules ou vrac) et sa date de récolte (automne ou printemps). Au total, 12 différentes biomasses ont été brûlées dans une chaudière multi-combustible de 29 kW au Laboratoire sur les énergies en agriculture durable (LEAD) de l’Institut de recherche et de développement en agroenvironnement (IRDA). Au cours de 36 essais expérimentaux (3 répétitions), les paramètres d’opération (masse du combustible, températures de la chambre, de l’effluent gazeux et de l’eau de l’échangeur de chaleur, débits des gaz et du fluide caloporteur, etc.) et les concentrations de 11 gaz (CO, CO[indice inférieur 2], CH[indice inférieur 4], N[indice inférieur 2]O, NO, NO[indice inférieur 2], NH[indice inférieur 3], SO[indice inférieur 2], HCl, H[indice inférieur 2]O et O[indice inférieur 2]) ont été mesurés en continu. Les matières particulaires ont aussi été échantillonnées pour chaque test de combustion à l’aide de la Méthode 5 de l’United States Environmental Protection Agency (USEPA). Au final, aucune des biomasses n’a respecté les valeurs limites de particules décrites par la règlementation environnementale québécoise avec le système de combustion utilisé. Des contraintes technologiques et la vaste gamme de biomasses sélectionnées ont compliqué l’ajustement des conditions optimales d’opération pour chaque combustible. Néanmoins, plusieurs tendances ont été soulevées. Le bois, étant donné ses faibles teneurs en éléments inorganiques, a produit moins de polluants que les plantes à vocation énergétique. Dans leur cas, leurs émissions particulaires et gazeuses ont généralement été proportionnelles à leurs contenus en azote, en soufre, en chlore, en métaux alcalins et en cendres. C’est ce qui explique que le lessivage causé par la fonte des neiges et subi par une culture récoltée au printemps ait entraîné une diminution importante des rejets atmosphériques. De plus, la granulation, qui permet en densifiant et en homogénéisant le produit de mieux contrôler le procédé, a engendré une baisse des composés issus d’une combustion incomplète. L’analyse de l’impact des propriétés physico-chimiques des cultures sur les émissions lors de la combustion a mené à l’établissement d’un cadre potentiel de certification de la qualité de la biomasse agricole. Un modèle de prédiction de la composition des gaz, basé sur la notion d’équilibre thermodynamique et la minimisation de l’énergie libre de Gibbs, a également été développé pour estimer rapidement les rejets de combustion de toute biomasse et ainsi faciliter son classement à l’intérieur du cadre proposé.

Actuellement, il y a une demande en gaz de synthèse ayant une très faible concentration en sulfure d’hydrogène (H[indice inférieur 2]S), pour diverses applications telles que les piles à combustible ou des procédés de synthèse chimique. Les procédés de désulfuration existants ne sont pas toujours adaptés ou ne permettent pas d’obtenir les seuils de concentrations désirés, de l’ordre du ppm ou même du ppb. L'adsorption est une méthode versatile et permettant de faire une purification profonde, ce qui en fait un choix approprié pour la désulfuration. Toutefois des adsorbants durables et permettant d'atteindre les concentrations nécessaires doivent être développés et optimisés. L'objectif principal de cette recherche était développer un adsorbant permettant d'obtenir une concentration en H[indice inférieur 2]S suffisamment faible pour un gaz alimentant des piles à combustible, avec des adsorbants pouvant être régénérés et ayant une capacité acceptable. Des nanofilaments ont donc été produits (par un procédé breveté de reformage sec à l’éthanol) et ensuite fonctionnalisés avec un métal adsorbant. Cet ajout de métal a été effectué par une méthodologie en deux étapes, soit un traitement à l’acide nitrique suivi d’une imprégnation humide avec des nitrates. Le métal utilisé a principalement été le fer, et un mélange fer-zinc a aussi été testé. Différentes conditions de traitement à l’acide (température ambiante et sous reflux) et quantités de métal ont été utilisées (20% et 40% massique). Les adsorbants préparés ont été testés pour la désulfuration d’un gaz composé d’He avec 500 ppm de H[indice inférieur 2]S, afin de déterminer la concentration minimale pouvant être atteinte à la sortie et la capacité d’adsorption, à 100 °C et 300 °C. Ils ont été caractérisés au niveau morphologique et de la composition par différentes techniques, notamment par microscopie électronique, spectroscopie de structure près du front d'absorption de rayons X et spectroscopie de photoélectrons. L’objectif des études de désulfuration et de la caractérisation était de bien définir l’adsorbant et d’étudier les phénomènes d’adsorption. La caractérisation a permis de déterminer que le fer est sous la forme oxydée et distribué en particules imbriquées dans les nanofilaments ainsi que sur leur surface. Les conditions du traitement à l’acide influencent la distribution de ces deux types de particules, mais il n’y a pas d’effet sur la capacité d’adsorption. Les résultats ont montré que l’adsorbant développé permet de diminuer sous 1.5 ppm la concentration de H[indice inférieur 2]S dans le gaz alimenté, que le procédé n’est pas contrôlé par la diffusion et que cette désulfuration se fait par deux phénomènes en parallèle : l’oxydation du H[indice inférieur 2]S suivie de l’adsorption sur soufre sur les nanofilaments de carbone et la sulfuration des oxydes de fer. Le carbone et le fer ont donc chacun des doubles rôles. Pour le carbone, il s’agit de la dispersion des particules de fer et de l’adsorption (phénomène chimique) du soufre tandis que pour le fer, il s’agit de la catalyse de l’oxydation du H[indice inférieur 2]S (pour l’adsorption par le carbone) et de la formation de sulfure de fer.

Les changements climatiques sont plus que jamais expliqués et détaillés par les recherches scientifiques. Malgré tout, les négociations climatiques et les mesures internationales semblent avancer à une vitesse inférieure à ce que leurs rapports scientifiques recommandent. Il existe, cependant, plusieurs initiatives telles que les marchés du carbone qui, sans être mondiaux, émergent partout dans le monde. Ceux-ci ont peut-être le potentiel de produire une pression suffisante sur les émetteurs de CO[indice inférieur 2] afin de diminuer l’amplitude de la crise climatique qui guette l’humanité. Les marchés du carbone en activité sont régionaux, étatiques ou internationaux, mais il y aura très probablement, dans les prochaines années, un premier marché du carbone mondial et celui-ci sera sectoriel. En effet, le secteur de l’aviation civile internationale par le biais de l’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI), projette de mettre en place un mécanisme de marché d’ici 2020. Dès 2005, l'encadrement des émissions de l'aviation civile internationale est étudié par la Commission européenne et l'étude aboutit à une décision officielle en 2008. Ainsi, a-t-elle décidé, dès le début de l’année 2013, de taxer, par le système communautaire d’échange de quotas d’émission européen tous les vols en provenance et au départ de destinations internationales traversant l’Union européenne. La décision de l'Union européenne a probablement précipité les négociations au sein de l’OACI, car elle a provoqué un véritable conflit diplomatique. En effet, de nombreux pays ont montré un désaccord certain avec cette mesure. Depuis, l’Union européenne a reporté l’ajout de l’aviation civile internationale dans son marché du carbone afin de diminuer les tensions en vue de la 38e Assemblée de l’OACI qui a eu lieu à la fin de 2013 et qui a abouti à la décision importante de mettre en place une mesure basée sur le marché pour 2020. Cependant, plusieurs désaccords ont émergé des négociations. Ainsi, dans ce mémoire, nous présenterons l’état de la situation et répondrons aux questions suivantes : quelles sont les dissensions au sein de l’OACI sur l’élaboration d’une mesure basée sur le marché et comment peuvent-elles être atténuées?

pas de resume

Ce travail a concerné le développement d'une nouvelle génération de photocathodes pour détecteur gazeux (dans le domaine du X). <br />La thèse comprend une description de l'étude par monte carlo ainsi que des tests expérimentaux qui ont été menés au cours de ce travail.<br />Enfin, des résultats intéressant concernant le CsI3 utilisé comme précurseur au CsI (comme émetteur secondaire) sont présentés.

L’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra) a pour mission d’évaluer la possibilité d’un stockage sûr et réversible des déchets de haute activité et à vie longue (HAVL) en milieu géologique profond. Depuis 1994, l’Andra étudie dans cette optique les propriétés d’une couche argileuse, le Callovo-Oxfordien (COx) située dans l’Est du Bassin Parisien, à la limite des départements de la Meuse et de la Haute-Marne. A l’échelle du secteur d’étude, le COx constitue une couche homogène d’environ 130 mètres d’épaisseur, profonde de 500 mètres en moyenne, encadrée par deux formations calcaires, l’Oxfordien au sommet et le Dogger à la base. Le COx présente des perméabilités très faibles et des propriétés de confinement favorables pour un stockage.Les gaz rares (He, Ne, Ar, Kr et Xe) sont chimiquement inertes, leur couche de valence étant saturée, aucune liaison covalente intramoléculaire n’est généralement possible. De plus, ils possèdent de nombreux isotopes, d’origine différente, ce qui fait d’eux d’excellents traceurs en hydrogéologie. Les concentrations en gaz rares dans les environnements sédimentaires sont contrôlées par la loi de Henry : ils se dissolvent dans l’eau avec laquelle ils sont en contact, et ce en fonction de paramètres tels que la température, la salinité et la pression.Afin de compléter et préciser les propriétés du COx dans une zone de 250 km² autour du Laboratoire souterrain de Meuse/Haute-Marne, appelée « zone de transposition » (ZT), l’Andra a entrepris une campagne de forages entre Novembre 2007 et Juin 2008. Dans le cadre de cette campagne, le COx a été carotté dans quatre forages et échantillonné. L’un des forages a également recoupé l’ensemble de la pile sédimentaire Mésozoïque, depuis l’Oxfordien calcaire jusqu’à la base du Trias (-1600 mètres).Sur les quatre forages de la zone de transposition (A, B, C et D), des échantillons de roches ont été prélevés et conditionnés pour l’analyse en laboratoire des concentrations en gaz rares dissous dans les eaux porales. Les concentrations absolues en gaz rares ont été déterminées par spectrométrie de masse.Les profils en He obtenus pour chaque plateforme de forage présentent la même tendance. Les concentrations en He mesurées dans les eaux porales de la plateforme C sont en moyenne entre 2 et 3 fois plus faibles que pour les autres plateformes, et ainsi comparables aux valeurs mesurées dans le laboratoire souterrain, ce qui suggèrerait une circulation des eaux dans le Dogger comparativement moins lente que dans les autres plateformes de forage. Une modélisation 1-D des profils de concentration en He a permis de valider les mesures analytiques et de confirmer que la forme des profils est contrôlée par les concentrations en He imposées dans le Dogger. Le profil de concentrations en He mesurées dans le forage profond suggère d’une part une influence très faible voire nulle d’un flux d’origine mantellique et d’autre part une isolation des formations triasiques et du Lias adjacent. L’ensemble des résultats obtenus a ainsi permis d’avoir une meilleure connaissance des processus de transferts diffusifs dans la formation du COx et dans les aquifères encaissants. / The French Radioactive Waste Management National Agency (Andra) is studying the possibility of a high level and long lived radioactive waste repository in geological formation. Since 1994, Andra is studying the properties of the Callovo-Oxfordian (COx) argillaceous rock, located in the eastern part of the Paris Basin. In the designated zone, COx is a 130 meters thick clay rich sequence, found at a depth of about 500 meters and encompassed between two aquifers, the Oxfordian limestone above and the Dogger limestone below. Callovo-Oxfordian permeabilities are very low, which is suitable with radioactive waste disposal. Noble gases (He, Ne, Ar, Kr and Xe) are considered as natural tracers, useful in hydrogeology, for several reasons. First, noble gases are nearly chemically inert, and then no reaction occurs between them and other species. Secondly, noble gases have several isotopes and many of them have different origins, so it is possible to distinguish sources terms. Noble gases concentrations in geological formations are controlled by physical properties such as temperature, pressure and salinity. To have more information on the COx properties, Andra has selected four drilling sites in a 250 km2 area around the Underground Research Laboratory. From November 2007 to June 2008, on each site, Callovo-Oxfordian clay and both overlaying (Oxfordian) and underlying (Dogger) limestones were investigated. A 1600 meters deep borehole, reaching the Trias base, allows investigating the whole length of the Mesozoïc sedimentary pile.On each drilling sites (named A, B, C and D), pore water noble gases concentrations were performed by mass spectrometry. Each helium profiles show the same general trends. Helium concentrations measured in the borehole C COx pore water are about 2 to 3 times lower than those observed for the other boreholes, and so comparable with previous measurements in the Underground Laboratory. These lower concentrations for borehole C could suggest differences in water average velocities in Dogger limestone, in comparison with the other ones. Calculations using a 1-D model were done; the results corroborate analytical measurements and confirm that helium diffusion profiles in the COx are controlled by Dogger helium concentrations that were put in the model. The vertical profile of dissolved helium concentration throughout the deep borehole suggest on the one hand that there is no deep crustal flux, and on the other hand that Trias is well isolated from the Lias and Dogger overlaying formations.The whole results obtained in this study provide a better understanding about diffusive transfer processes occurring in the COx and in the surrounding limestone aquifers.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La production de gaz à partir de réservoirs de stockage souterrains en aquifère est parfois associée à l'érosion de particules solides issues de la matrice rocheuse. Ces venues de solides engendrées par l'écoulement de gaz peuvent causer des dommages aux équipements sur site amenant l'opérateur à limiter, voire à stopper, la production des puits. L'injection de polymères hydrosolubles (polyacrylamide linéaire ou microgels) est une solution très efficace pour réduire et, dans certains cas, stopper la production de solides comme l'ont montré les résultats des essais réalisés en France sur des réservoirs de Storengy - GDF Suez.Une étude expérimentale a été réalisée pour améliorer la compréhension des mécanismes à l’origine de l’efficacité des traitements polymères et améliorer leur performance. Les essais ont permis d’identifier et de quantifier deux effets distincts des traitements sur les venues de solides : la consolidation inter-granulaire et le recouvrement des pores par le polymère. Il a, ainsi, été mis en évidence l’impact de la couche de polymère adsorbé sur la mobilisation des particules colloïdales se trouvant à la surface des pores (appelées fines) et celui de la formation de liaisons solides entre des particules non cohésives sur la (re)consolidation de la matrice rocheuse. Dans sur le premier cas, le polymère agit, sous un angle préventif, comme une barrière physico-chimique empêchant le détachement des fines pouvant former le ciment inter-granulaire et l’efficacité des traitements est fonction de la proportion de surface de pores recouverte par le polymère. Dans le second cas, le polymère prend la place du ciment délité ; l’efficacité et la durabilité des traitements dépendent alors des propriétés mécaniques des liens solides inter-granulaires formés après assèchement des ponts capillaires / Gas production from underground geological reservoirs in aquifers is sometimes associated with the erosion of solid particles from the rock matrix. These solids venues generated by the gas flow can cause damages to the equipment on site leading the operator to limit or stop the production of wells. The injection of hydro-soluble polymers (linear polyacrylamide or microgels) is one of the promising techniques employed today to reduce and, in some cases, stop the production of solids as demonstrated by the results of tests conducted in France on reservoirs of Storengy - GDF Suez.An experimental study was conducted to better understand the mechanisms underlying the performance of polymer treatments and to increase their efficiency. Two main aspects have been experimentally evidenced: sand grains consolidation and polymer coating of the pore surface. Tests were carried out to accurately assess the impact of the adsorption of polymer on the mobilization of particles (called fines) and a comprehensive study was conducted showing the properties of treatments to (re)consolidate the rock matrix. In the first case, the polymer acts as a physicochemical barrier preventing the detachment of fines that can form the inter-granular cement and the effectiveness of treatments is based on the proportion of pores surface covered by the polymer. In the second case, the polymer takes the place of cleaved cement; the effectiveness and durability of treatments thus depend on mechanical properties of the inter-granular solids bounds formed after drying of capillary bridges