Th. 3e cycle--Phys. des gaz et des plasmas--Paris 11--Orsay, 1983. N°: 3402. / Rés. en angl.

Th.--Sci. phys.--Paris 11--Orsay, 1981. N°: 2515.

Le dioxyde de carbone (CO₂) représente actuellement le principal gaz à effet de serre (GHG) anthropique émis dans le monde, entraînant le développement de multiples stratégies pour son atténuation. Par rapport à d'autres stratégies, le recyclage chimique du CO₂ (CCR) par conversion catalytique pour la production de différents produits à valeur ajoutée, incluant des carburants alternatifs, a attiré une attention considérable dans les dernières années. Cependant, la formation de l'eau (comme sous-produit) dans les réactions d'hydrogénation du CO₂ limite thermodynamiquement la conversion, en plus de contribuer à la désactivation des catalyseurs. En déplaçant l'équilibre réactionnel vers la formation des produits en enlevant l'eau in-situ du milieu réactionnel à l'aide de matériaux adsorbants (par le sorption-enhanced reaction process, SERP), on évite efficacement les limitations thermodynamiques, tout en augmentant la conversion et la sélectivité. Dans notre groupe de recherche, nous avons récemment montré que les zéolites hydrophiles FAU-13X et LTA-4A ont une capacité d'adsorption de l'eau adéquate à la température d'intérêt pour le SERP (250 °C). Néanmoins, les études liées à l'adsorption de l'eau en présence de CO₂ à des températures élevées (>130 °C) sont relativement rares par rapport à celles réalisées à des températures bien plus faibles, en raison de l'intérêt accru accordé au captage du CO₂ en postcombustion au cours des dernières années. L'objectif principal de ce travail de maitrise est d'évaluer l'efficacité des zéolites FAU-13X et LTA-4A pour l'adsorption sélective de la vapeur d'eau (H₂Oᵥ) par rapport au dioxyde de carbone, jusqu'à 250 °C. À cet égard, des expériences utilisant différentes combinaisons impliquant H₂Oᵥ et CO₂ ont été réalisées à l'aide d'un Analyseur Gravimétrique Intelligent (IGA) intégré à un analyseur infrarouge (IR) de CO₂. Nous avons étudié l'effet des paramètres opératoires (comme la température et la précharge de l'absorbant avec H₂Oᵥ/CO₂) sur la capacité d'adsorption, ainsi que sur la sélectivité et la cinétique d'adsorption. Les résultats ont montré que la zéolite FAU-13X présente une sélectivité d'adsorption en H₂Oᵥ significative par rapport au CO₂ (toujours >90), 1.2 fois supérieure à la LTA-4A. Pour les deux zéolites, la capacité d'adsorption du CO₂ a diminué significativement, tandis que la capacité de H₂Oᵥ est demeurée presque semblable, comparativement aux données obtenues pour les composants purs. Ceci a été attribué au déplacement des molécules de CO₂ par les molécules de H₂Oᵥ dans les sites d'adsorption. On a constaté que le modèle exponentiel à double étirement (DSE) représentait bien toutes les données d'adsorption transitoire, ce qui nous a permis de déterminer les paramètres cinétiques. Ces résultats représentent une contribution essentielle à la modélisation, la conception et la simulation d'un SERP efficace impliquant la conversion catalytique du CO₂. / Carbon dioxide (CO₂) is currently the main anthropogenic greenhouse gas (GHG) emitted in the world, leading to the development of multiple mitigation strategies. Compared to other strategies, CO₂ chemical recycling (CCR) by catalytic conversion to the production of various value-added products, including alternative fuels, has attracted considerable attention in recent years. However, the formation of water (as a by-product) in CO₂ hydrogenation reactions limits conversion thermodynamically, in addition to contributing to the deactivation of catalysts. Shifting the reaction equilibrium towards products formation by removing water in-situ from the reaction medium using adsorbent materials (through the sorption-enhanced reaction process, SERP), thermodynamic limitations are effectively avoided, while increasing conversion and selectivity. In our research group, we recently showed that hydrophilic zeolites FAU-13X and LTA-4A have adequate water adsorption capacity at the temperature of interest for SERP (250 °C). Nonetheless, studies related to water adsorption in the presence of CO₂ at high temperatures (>130 °C) are relatively rare compared to those carried out at much lower temperatures, due to the increased interest in post-combustion CO₂ capture in recent years. The main objective of this master's work is to evaluate the efficiency of zeolites FAU-13X and LTA-4A for the selective adsorption of water vapor (H₂Oᵥ) against carbon dioxide, up to 250 °C. In this regard, experiments using different combinations involving H₂Oᵥ and CO₂ were performed using an Intelligent Gravimetric Analyzer (IGA) integrated with an infrared (IR) CO₂ analyzer. We studied the effect of operating parameters (like temperature and preloading of the adsorbent with H₂Oᵥ/CO₂) on adsorption capacity, as well as on selectivity and adsorption kinetics. The results showed that FAU-13X zeolite presents significant H₂Oᵥ adsorption selectivity relative to CO₂ (always >90), 1.2 times higher than LTA-4A. For both zeolites, CO₂ adsorption capacity decreased significantly, while H₂Oᵥ capacity remained almost similar compared to the data obtained for pure components. This was attributed to the displacement of CO₂ molecules by H₂Oᵥ molecules on adsorption sites. The double stretched exponential (DSE) model was found to represent all transient adsorption data, allowing us to determine kinetic parameters. These results represent an essential contribution to the modeling, design, and simulation of an efficient SERP involving CO₂ catalytic conversion.

Le préconditionnement ischémique (IPC) consiste à induire des épisodes ischémiques brefs et répétés, entrecoupés d’épisodes de reperfusion. Cette technique initialement testée pour ses effets protecteurs sur le myocarde rendrait différents tissus du corps plus résistants à une réduction d’oxygénation, comme retrouvée durant l’exercice maximal. Très peu d’études ont étudié les effets de l’IPC sur l’oxygénation musculaire. À l’aide de la spectroscopie proche infrarouge, nous avons examiné les effets du préconditionnement sur l’hémodynamique et l’extraction d’oxygène pendant un protocole de contractions volontaires maximales répétées. Nos résultats démontrent que ce préconditionnement entraîne une augmentation du volume sanguin local au repos et pendant la récupération après les contractions, ainsi qu’une plus grande extraction d’oxygène en début d’effort. Ces améliorations s’accompagnent d’une augmentation de la force musculaire tout au long du protocole. L’utilisation de l’IPC comme aide ergogénique pourrait s’avérer utile pour optimiser l’oxygénation et la force musculaire avant une compétition ou un entraînement. / Repeated episodes of ischemia and reperfusion, commonly known as ischemic preconditioning (IPC), initially tested for its protective effects on the myocardium, renders different tissues more resistant to a subsequent reduction in oxygenation (i.e., tissue O2 saturation), as found during maximal exercise. Despite its likely effects on the oxidative function, studies examining the effects of IPC on tissue oxygenation are very scarce. We used near-infrared spectroscopy to study the effects of IPC on muscle haemodynamics and peripheral O2 extraction during repeated maximal efforts in resistance-trained participants. Our results demonstrate that IPC increased muscle blood volume at rest and during recovery between contractions, as well as muscle oxygen uptake during exercise. These acute physiological adaptations were associated with increased muscle strength throughout the protocol. The use of IPC as an ergogenic aid could be useful to optimize oxygenation and muscle strength during competition and training.

Le schéma traditionnel d'utilisation de l'énergie est désormais considéré comme un problème sérieux en raison de sa relation directe avec le changement climatique. Actuellement, notre dépendance vis-à-vis des combustibles fossiles augmente de façon spectaculaire, ce qui peut être attribué à la croissance de la population mondiale et à la forte demande d'énergie pour le développement économique. Ce modèle semble être préférable uniquement pour une économie florissante, mais ses perspectives pour les générations futures seront sans aucun doute décevantes. Dans ce scénario, un volume gigantesque de CO₂ produit par la combustion des combustibles fossiles dans les industries chimiques, les cimenteries et les centrales électriques, est rejeté de manière irresponsable dans l'atmosphère. Il ne fait aucun doute qu'une telle exploitation des combustibles fossiles nous conduit à des catastrophes environnementales sans précédent en ce qui concerne l'émission de CO₂, qui est le principal contributeur aux gaz à effet de serre (GES). L'une des solutions disponibles pour faire face à cette situation critique est de moderniser les centrales existantes qui émettent du CO₂ avec des technologies de capture et de stockage du carbone (CSC) afin de lutter systématiquement contre le changement climatique. Toutefois, les technologies actuelles de CSC présentent encore des problèmes techniques et des limites opérationnelles qui entraînent un surcoût pour les dépenses d'une usine et une augmentation de sa consommation d'énergie. La technologie membranaire est actuellement considérée comme une méthode de séparation prometteuse pour la séparation des gaz en raison de la simplicité de son procédé et de son mécanisme écologique. Par rapport aux autres méthodes de séparation, cette technologie est encore en cours de développement. Actuellement, la recherche se concentre sur l'amélioration des caractéristiques des membranes afin de faire face à un compromis bien connu entre la perméabilité et la sélectivité décrit par les graphiques de Robeson. Cette approche pourrait viser à commercialiser cette technologie plus efficacement dans le domaine de la séparation des gaz, tandis qu'une technologie d'absorption à base d'amines sera encore utilisée de manière dominante à cette fin pendant plusieurs années. Malgré cela, il est également nécessaire d'évaluer la performance des membranes fabriquées pour la séparation de différents mélanges de gaz avant de les utiliser pour des projets industriels réalistes. Pour ce faire, un outil de simulation est nécessaire pour prédire la composition des composants gazeux dans les flux de produits du rétentat et du perméat dans différentes conditions de fonctionnement. Ainsi, au chapitre 1, un modèle fiable est développé pour la simulation de la séparation des gaz à l'aide de modules de membranes à fibres creuses. Ensuite, ce modèle permet d'identifier les propriétés requises de la membrane, ce qui permet d'obtenir des performances intéressantes pour le module. Un procédé membranaire à plusieurs étapes est nécessaire pour atteindre les spécifications du produit qui sont une pureté et une récupération élevées du CO₂ dans le cas de projets de capture du CO₂. Dans ce cas, au chapitre 2, un modèle d'optimisation est proposé pour déterminer les valeurs optimales des paramètres de fonctionnement pour chaque étape et surtout pour déterminer une disposition optimisée à différents taux de récupération tout en minimisant le coût de la capture du CO₂. Dans le chapitre 3, nous comparons les performances de séparation de la technologie membranaire et du procédé d'absorption enzymatique en effectuant plusieurs analyses technico-économiques. Cette approche vise à démontrer la viabilité technique et l'efficacité économique de ces méthodes pour la modernisation d'une centrale électrique de 600 MWe par rapport aux procédés traditionnels d'absorption à base d'amines. Enfin, au chapitre 4, un système hybride est présenté en combinant les procédés d'absorption membranaire et enzymatique pour capturer le CO₂ des gaz de combustion d'une centrale électrique de 600 MWe. Ce système hybride est ensuite évalué pour révéler la faisabilité du procédé et pour étudier les performances de séparation en partageant la capture partielle du CO₂ entre ces deux unités de séparation. Dans l'ensemble, cette thèse de doctorat contribue à tirer parti de la fusion de la technologie membranaire avec d'autres méthodes de séparation conventionnelles telles que le procédé d'absorption enzymatique pour faciliter plus rapidement son intégration industrielle et sa commercialisation sur le marché de la séparation des gaz. / The traditional pattern of energy use is now regarded as a serious problem due to its direct relationship to the climate change. Currently, our dependency on fossil fuels is dramatically increasing which can be attributed to the world population growth and heavy energy demand for economic development. This model appears to be preferable only for flourishing economy but undoubtedly its outlook for the future generations will be disappointing. Under this scenario, a gigantic volume of CO₂ produced by burning the fossil fuels in chemical industries, cement manufactures, and power plants, is recklessly released in the atmosphere. Undoubtedly, such exploitation of the fossil fuels is bringing us further to unprecedented environmental disasters pertaining to the emission of CO₂ which is the major contributor to the greenhouse gases (GHGs). One of the available solutions to deal with this critical situation is to retrofit existing CO₂ emitter plants with carbon capture and storage (CCS) technologies in order to systematically combat with the climate change. However, the current CCS technologies still have technical issues and operational limitations resulting in incurring extra cost to a plant’s expenditures and increasing its energy consumption. Membrane technology is currently regarded as a promising separation method for gas separation due to its process simplicity and eco-friendly mechanism. In comparison to other separation methods, this technology is still under progress. Currently, the research focus is on the enhancement of membrane characteristics in order to deal with a well-known trade-off between permeability and selectivity described by Robeson plots. This approach might aim at commercializing this technology more efficiently in the gas separation area while an amine-based absorption technology will still be dominantly utilized for this purpose for several years. Despite this, it is also needed to evaluate the performance of fabricated membranes for the separation of different gas mixtures prior to utilizing for realistic industrial projects. To do so, a simulation tool is required to predict the composition of gas components in retentate and permeate product streams under different operating conditions. Thus, in Chapter 1, a reliable model is developed for the simulation of gas separation using hollow fiber membrane modules. Later, this model allows identifying the required membrane properties hence, resulting in module performances of interest. A multi-stage membrane process is required to hit product specifications which are high CO₂ purity and recovery in the case of CO₂ capture projects. In this case, an optimization model is proposed in Chapter 2 to determine the optimal values of operating parameters for each stage and more importantly to determine an optimized layout at different recovery rates while CO₂ capture cost is minimized. In Chapter 3, we compare the separation performance of membrane technology and the enzymatic-absorption process through performing several techno-economic analyses. This approach aims at demonstrating the technical viability and economic efficiency of these methods for retrofitting to a 600 MWe power plant compared to traditional amine-based absorption processes. Finally, a hybrid system is introduced in Chapter 4 by combining membrane and enzymatic-absorption processes to capture CO₂ from flue-gas of a 600 MWe power plant. This hybrid system is then assessed to reveal the process feasibility and to investigate separation performance through sharing partial CO₂ capture between these two separation units. Overall, this PhD thesis contributes to leverage the merge of membrane technology with other conventional separation methods such as the enzymatic-absorption process to more rapidly facilitate its industrial integration and commercialization in the gas separation market.

Thèse doctorat : Physique des Plasmas : Nancy 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Physique des Plasmas : Nancy 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.

Th. doct.--Sci.--Paris--Ec. natl. supér. mines, 1994. / 1995 d'après la déclaration de dépôt légal. Thèse soutenue à la fois devant l'École nationale supérieure des mines de Paris et l'École nationale supérieure du pétrole et des moteurs de Rueil-Malmaison. Bibliogr. p. 371-385.

Thèse (de maîtrise)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. 79-87. Publié aussi en version électronique.

La valorisation thermique des farines animales par incinération génère des fumées qui doivent être traitées pour respecter la réglementation sur les émissions atmosphériques. Cette travail de thèse traite de la co-incinération de farines animales et de boues de station d'épuration, et a été mené dans une installation industrielle. Une campagne de mesures sur site a permis de déterminer la composition chimique des phases gazeuse (O2, CO2, H2O, NOx, SO2, HCl, NH3) et solides (C, H, O, N, S, Cl, Na, K, Ca, P, Fe, Si) de toutes les entrées et sorties de l'installation. Une méthode d’évaluation des flux massiques est proposée et un bilan de matière établi. Les résidus ultimes d’incinération sont constitués de cendres et de résidus de traitement des fumées (REFIDIS) qui représentent environ 25 % de la masse des déchets incinérés. Les cendres sont composées essentiellement de phosphates de calcium, les REFIDIS de sels sodiques. L'efficacité du système de traitement des gaz acides et des NOx a été estimée. Le traitement comprend une neutralisation des gaz acides au bicarbonate de sodium et une réduction catalytique des NOx à l’urée, menés sur deux voies en parallèle équipées de bougies en céramique catalytique ou non. Afin de mieux comprendre les phénomènes physico-chimiques mis en jeu, des tests d'absorption de SO2 par Na2CO3 à 250 °C et 300 °C ont été menés dans un réacteur de laboratoire, montrant l'influence de la température et surtout de l'humidité. Une modélisation de l'absorption de SO2 par Na2CO3 est proposée, basée sur une diminution du nombre des sites d'absorption en fonction du recouvrement de la surface. / Thermal valorisation of meat and bone meal (MBM) by incineration generates combustion gases that are treated to respect atmospheric emission regulations. This thesis is about MBM and sewage sludge co-incineration in an industrial plant. Measurements have been made to determine the chemical composition of the gaseous (O2, CO2, H2O, NOx, SO2, HCl, NH3) and solid phases (C, H, O, N, S, Cl, Na, K, Ca, P, Fe, Si) in all inlets and outlets. A mass flow evaluation method is proposed and a material balance is performed. The final wastes of incineration consist of ashes and air pollution control residues (APCR), representing about 25 % of the incinerated mass. The ashes are mainly composed of calcium phosphates and the APCR are mainly Na-based salts. The efficiency of the acid gases and NOx treatment is estimated. The treatment includes sodium bicarbonate neutralisation and catalytic reduction by urea, carried out on two parallel pathways equipped with catalytic or non-catalytic ceramic filters. To complete the understanding of physico chemical reactions in the filtering cake, tests of SO2 absorption by Na2CO3, at 250 °C and 300 °C where performed in a laboratory reactor, showing the influence of temperature and particularly humidity. A modelling of the SO2 absorption by Na2CO3 is proposed, based on an absorption site number decrease with the surface recovering.