Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2002-2003 / Les relations source/puits de carbone (C) dans la symbiose mycorhizienne à arbuscules (MA) ont été examinées sous différents aspects. Une première partie éco-physiologique rapporte l’existence d’échanges de C entre espèces végétales en conditions naturelles via des champignons MA répondant à la phénologie différente des plantes impliquées. Deux études physiologiques basées sur le système de «split-root» ont montré que la force de puits de C des champignons MA est dépendante de l’espèce fongique, de la souche fongique, ainsi que de l’hôte végétal. Enfin, une étude écologique se positionnant dans un contexte de perturbation naturelle (verglas) endommageant le houppier d’arbres matures a révélé qu’une mauvaise reprise de croissance post-traumatique peut être associée à des taux de mycorhization racinaire plus élevés que ceux d’arbres à bonne reprise de croissance. En résumé, les besoins en C des champignons MA varient en fonction des espèces impliquées dans la symbiose et du stade phénologique de chacune d’elles. / Different aspects of the carbon (C) source-sink relationships in the arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis were investigated. In an initial ecophysiological-based study carried under natural conditions, the existence of AM fungal mediated C exchanges between plant species with different phenology was reported. Two physiological studies based on a split-root system showed the C sink strength of AM fungi to be fungal species, fungal strain and plant species dependent. Finally, an ecological study carried out subsequently to the ice storm of 1998 (natural disturbance) which severely damaged mature tree crowns revealed that poor post-traumatic crown regrowth was associated with higher mycorrhizal colonization levels than in good regrowth trees. In conclusion, the C demand of AM fungi varies with the species involved in the symbiosis and with the phenological stage and health of the phytobiont.

Titre de l'écran-titre (visionné le 3 octobre 2023) / Cette thèse traite de l'amplification d'un laser à une longueur d'onde de 10 µm par pompage optique à 2 µm en utilisant le CO₂ comme milieu actif. L'objectif est de réaliser une preuve de concept sur ce procédé physique afin d'amplifier ultérieurement des impulsions femtosecondes. Ces impulsions seront utilisées pour effectuer des ionisations dans le domaine de la physique atomique et des champs laser intenses. Ce travail comporte deux axes principaux : la génération d'une fréquence de pompe absorbée par le milieu actif et l'amplification d'une impulsion milliseconde à 10,6 µm. Dans le premier axe (Chapitre 2), nous comparons deux types de lasers non-linéaires permettant de générer une longueur d'onde de pompe à 2 µm utilisée pour l'amplification : un oscillateur paramétriques optiques (OPO) simple et très énergétique et un système composé d'un OPO puis d'amplificateur paramétrique optique (OPA) aussi appelé MOPA ("Master Oscillator/ Parametric Amplifier"). Nous visons à créer un système capable de supporter des impulsions très énergétique (une haute fluence) ; ainsi (dans le Chapitre 3) nous étudions comment augmenter le seuil de résistance aux dommages de traitements antireflets et des miroirs. Dans le second axe, nous analysons théoriquement l'amplification d'une impulsion de 10,6 µm pompée optiquement dans un milieu actif de CO₂ à l'aide des équations d'évolution (Chapitre 4). Ce modèle nous permet de comprendre l'impact des différents paramètres physiques (pression, température, longueur du milieu actif, etc) sur l'amplification. Nous réalisons ensuite l'amplification expérimentalement (Chapitre 5) en faisant la preuve de concept avec un laser milliseconde de 10,6 µm. Nous mettons en évidence la présence de gain à 10,6 µm et discutons des résultats inattendus obtenus. / The objective of this thesis is to amplify laser pulses with a wavelength of 10 µm using optical pumping at 2 µm and CO₂ as an active medium. The aim is to establish a proof of concept for the physical process that will enable the amplification of femtosecond pulses in the future. These pulses will be used for ionization in atomic physics and intense laser fields. This work is composed of two main parts: the generation of a pump frequency which will be absorbed by the active medium and the amplification of a 10.6 µm laser millisecond pulse. In the first part (Chapter 2), we compare two nonlinear lasers capable of generating a 2 µm pump wavelength which will be used for the amplification process: a simple, highly energetic optical parametric oscillator (OPO) and a system composed of an OPO and optical parametric amplifier (OPA), also referred to as MOPA (for Master Oscillator/ Parametric Amplifier). We seek a scalable system that can support high energetic pulses (high fluence); this is why (in Chapter 3) we investigate methods to enhance the laser-induced damage threshold (LIDT) of our anti-reflection coatings and mirrors. In the second part, we studied theoretically the amplification of a 10.6 µm pulse optically pump in a CO₂ active medium using the rate equations (Chapter 4). This model helped us to understand the effects of different physical parameters (pressure, temperature, active medium length, etc) on the amplification process. We subsequently amplify a millisecond laser pulse at 10.6 µm as the proof of concept and, demonstrating that some gain was achieved. Finally, we explore the unexpected results that were obtained (Chapter 5).

Suite à la ratification par le Canada de traités de réduction des émissions de gaz à effets de serre (GES), différents paliers de gouvernement ont mis en œuvre des politiques visant la réduction des émissions industrielles et liées au transport. Depuis 2013, le Québec, conjointement avec la Californie et l’Ontario, ont mis en place un marché du carbone pour encourager les entreprises à réduire leurs émissions. L’industrie forestière, s’appuyant sur le transport de marchandises, pourrait bénéficier de ce régime en termes de prise de décision sur la planification du transport. Cette étude vise à analyser le potentiel des stratégies de réduction des émissions de carbone et à proposer des suggestions appropriées sur la prise de décision en matière de la planification du transport. Quatre stratégies sont principalement envisagées : la réduction de la vitesse, la conduite écologique, le transport intermodal et les modes de chargement. Combinant les stratégies, des modèles d'optimisation dont l'objectif est de minimiser des coûts sont développés sous les contraintes des émissions. Ces modèles impliquent la planification de la distribution de la gestion de la chaîne d'approvisionnement et des problèmes de tournées de véhicules. Microsoft Excel, OpenSolver, Gurobi et LocalSolver sont principalement utilisés pour la modélisation et l’optimisation. Un front de Pareto est par la suite utilisé pour illustrer la relation entre le coût de transport et les émissions de carbone. Pour démontrer les méthodologies, une étude de cas est présentée en utilisant des données réelles. Il est constaté que l'éco-conduite présente un potentiel de réduction des émissions intéressant dans une gamme réaliste d'augmentation des prix. Le choix des stratégies varie selon les préférences du décideur et la difficulté de mise en œuvre des stratégies. / With the ratification of greenhouse gas (GHG) reduction agreements by Canada, various levels of government implemented policies to reduce transport-related and other industrial emissions. Since 2013, Québec, together with California and Ontario, has established a carbon market to encourage firms to reduce their emissions. The forest industry could benefit from this scheme in terms of improving efficiency and lessening the environmental impact of wood product transport. This study aims to assess the potential of carbon emission reduction strategies and to provide recommendations on improving the logistics of transporting wood-based materials. There are four main strategies considered in this paper; namely low-speed driving, eco-driving, intermodal transportation, and optimizing loading pattern. By combining these strategies, optimization models are developed with the objective of cost minimization under the constraints of emissions. These models involve the distribution planning of supply chain management and routing problems. Microsoft Excel, OpenSolver, Gurobi, and LocalSolver are mainly used for modeling and optimization. Pareto Front is also used to illustrate the relationship between transportation cost and carbon emission. To demonstrate the methodologies, a case study is exhibited using real world data. It is found that eco-driving has considerable potential in reducing emissions under a feasible range of price increases. The selection of strategies is based on the decision makers’ preferences and the difficulty of strategy implementation.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2017

L’aluminium de première fusion est, de nos jours, produit principalement par l’électrolyse de l’alumine à 960 °C appelé procédé Hall-Héroult. L’électrolyse est réalisée par le passage du courant électrique entre des anodes en carbone et une cathode en carbone par l’intermédiaire d’un électrolyte (cryolithe : Na3AlF6). Ces anodes sont composées de coke de pétrole et d’anodes usagées (mégots) collés ensemble par du pitch (brai de houille). Dans ce procédé, les anodes sont attaquées lors de l’électrolyse mais également en raison de réactions parasites avec l’air et le CO2 provoquant une surconsommation de ces anodes et créant de la charbonnaille. La charbonnaille est définie par l’ensemble des particules d’anode tombant dans le bain électrolytique et générant de nombreux problèmes électriques. Ce projet de recherche porte sur la compréhension de la consommation (réactivité) des anodes en carbone, utilisées dans le procédé électrochimique, par le CO2 à 960 °C. Dans le but de mieux comprendre cette consommation des anodes, l’étude de la réactivité est divisée en trois sections principales; la réaction du CO2 avec l’anode dite de Boudouard en régime chimique, la réactivité avec de grosses particules et la proposition d’une nouvelle représentation de l’anode. La réaction de Boudouard (CO2 + C → 2 CO) sous régime chimique est contrôlée par les propriétés intrinsèques du matériau carboné (impuretés et niveau de graphitisation). Dans ce projet, les paramètres (taille des particules, masse initiale, débit) du régime chimique, c'est-à-dire sans limitation du transport de masse, ont été déterminés pour des particules d’anode broyées. Le test de réactivité utilisé pour ces particules est un réacteur thermogravimétrique (TGA). La vitesse de réaction apparente obtenue à partir des données brutes du TGA permet d’évaluer la réactivité de l’anode en fonction du pourcentage de gazéification. Les conditions obtenues sont une masse initiale de 2 mg, un temps de broyage des particules de 10 minutes, un débit de 100 ml/min de CO2 et une température de 960 °C. Avec une préparation similaire à l’échantillon d’anode, des particules cuites provenant de chaque constituant d’une anode (coke, pitch et mégot) ont été placés dans le TGA et leur vitesse de réaction apparente a été mesurée. La détermination de la réactivité sous régime chimique de ces matériaux démontre que la vitesse de réaction apparente du pitch (pour un pitch ayant un niveau de graphitisation similaire au coke et pour des matières premières utilisées dans ce projet) n’est pas plus élevée que celles du coke et du mégot (ce qui est en contradiction par rapport à la littérature), ainsi le phénomène de charbonnaille, attribué à une supposée sélectivité du CO2 sur le pitch n’est pas confirmée. La consommation de l’anode en carbone dans la cuve d’électrolyse est contrôlée par les impuretés, par le niveau de graphitisation mais également par le transport de masse à travers sa structure poreuse. Dans ce projet, la gazéification des grosses particules pourrait se rapprocher de la consommation de l’anode industrielle dans une cuve d’électrolyse. La vitesse de réaction apparente mesurée pour 9 tailles de particules d’anode (allant de 33 µm à 4 380 µm de diamètre) a permis de révéler l’effet de la taille, de la porosité et de la masse de l’échantillon sur la réactivité. Trois tailles de particules comprises entre 725 et 2 190 µm ont particulièrement été étudiées car elles sont proches de la taille standardisée (ISO 12981-1; - 1 400 + 1 000 µm). Les surfaces et les volumes spécifiques différentiels de ces trois tailles de particules gazéifiées à 5 pourcentages (0; 15; 25; 35 et 50%) déterminés par adsorption d’argon et par infiltration de mercure ont permis d’évaluer les contributions des gazéifications sous-critique (taille de pores inférieure à la taille critique des pores) et sur-critique (taille de pores supérieure à la taille critique des pores) sur la gazéification totale des anodes sous CO2 à 960 °C. La détermination de la taille critique des pores (TC) pour les 3 tailles de particules (20 µm pour 725 µm et 40 µm pour les particules de 1 200 et 2 190 µm) et la mesure des contributions sous-critique et sur-critique ont permis de révéler que les pores ayant une taille supérieure à cette taille critique jouerait un rôle prépondérant dans la réactivité au CO2 des anodes. En se basant sur une dimension intermédiaire de cet intervalle de taille de particules et sur la norme ISO 12981-1 (utilisée pour mesurer la réactivité au CO2 des particules de coke), les particules comprises entre - 1 400 + 1 000 µm ont été choisies pour mettre en évidence l’effet de la porosité sur la réactivité de l’anode et de ses constituants (coke, pitch, mégot et matrice liante) sous CO2 à 960 °C. La matrice liante est un mélange de fines particules de coke (inférieur à 150 µm) et le pitch. La mesure de la vitesse de réaction apparente de ces matériaux permet d’évaluer que la matrice liante semble avoir une réactivité légèrement plus grande que celles du coke, du mégot et de l’anode et très largement supérieure à celle du pitch (valable pour les matériaux utilisés dans ce projet). Ces différences peuvent s’expliquer par le ratio des impuretés catalysantes et inhibitrices, (Vanadium + Nickel) / Soufre, qui est très élevé dans le cas de la matrice liante et du coke mais également à un niveau de graphitisation légèrement plus faible. L’utilisation du facteur d’efficacité apparent permet de mettre en évidence l’effet de la structure du matériau sur la réactivité de particules de grandes tailles par rapport à la vitesse de réaction en régime chimique. En associant les vitesses de réaction apparente des deux régimes (chimique et particules de grandes tailles) pour les 5 matériaux (anode, coke, pitch, mégot et matrice liante), il est possible de révéler l’effet de la structure. Ainsi, pour l’anode et le pitch, le facteur d’efficacité est très faible (inférieure à 0,3) indiquant par conséquent qu’une structure adaptée de l’anode peut diminuer la réactivité globale. Lors de la caractérisation de ces matériaux afin de comprendre leurs réactivités, il a été révélé que la surface spécifique initiale de l’anode ne peut être estimée par la moyenne pondérée des surfaces de ses constituants (coke, pitch, mégot et matrice liante). Ainsi, malgré une similitude chimique, une division par matière première (coke, pitch et mégot) ou physique (coke, mégot et matrice liante) ne semble pouvoir expliquer cette grande surface spécifique et une nouvelle représentation de l’anode doit être envisagée. En raison d’un manque de support lors de la cuisson, le pitch, cuit seul ou bien cuit sous forme de matrice liante, ne peut pas s’étaler lors de sa pyrolyse. Ainsi, le mixage et la cuisson de trois recettes de coke et de pitch (coke/pitch : 100/0, 95/5 et 85/15 en masse/masse) révèlent une très grande surface spécifique initiale pour la recette 95/5. La réactivité de cette recette et celle de 100/0 sont très similaires alors que celle de 85/15 est très faible alors que celle de l’anode se situe à un niveau intermédiaire. En conséquence, en se basant sur les surfaces spécifiques initiales et sur les réactivités de ces trois recettes, il est possible d’estimer qu’une anode entière est composée de particules de coke partiellement enrobé de pitch (95/5) et totalement enrobé (85/15). / Primary aluminum is mainly produced by electrolysis of alumina at 960 °C by the Hall-Héroult process. The electrolysis is carried out by passing the electric current between carbon anodes and a carbon cathode through molten cryolite (Na3AlF6) that acts as electrolyte. The anodes are consisted of petroleum coke and anode butts bonded together by coal tar pitch. The anodes are consumed in the cell by the electrolysis reaction but also by air and CO2 gas reactions. The anode-gas reactions cause an overconsumption of the anodes and create dusting phenomenon. The dusting is defined by the falling out of anode particles in the electrolytic bath that generates many electrical problems. This research project focuses on the understanding of CO2 consumption (reactivity) of carbon anodes at 960 °C to increase the service life of anodes. In order to reveal the mechanism of the CO2 reactivity of anodes, the present study was divided into three main sections; 1) the reaction of CO2 and carbon, called Boudouard reaction, under chemical regime, 2) the CO2 reactivity of large particles under mass transport limitations and 3) the proposal of a new representation of the anode. The Boudouard reaction (CO2 + C → 2 CO) under chemical regime is controlled by the intrinsic properties of the carbonaceous materials, i.e. the impurities and of graphitization levels. In this project, the parameters (particle size, initial mass and CO2 flow) of chemical regime (without mass transport limitations) were determined for milled anode particles. A Thermo-Gravimetric Analyzer (TGA) was used to measure the CO2 reactivity of anode particles. The apparent reaction rate versus gasification percentage was obtained from the TGA raw data to estimate the carbon activity under CO2 atmosphere. The experimental conditions for chemical regime with TG instrument included an initial mass of 2 mg, 10 minutes of milling and a CO2 flow rate of 100 ml/min at 960 °C. A similar preparation was applied to the anode samples and each constituent of anode (coke, pitch and butt) was prepared and baked separately. The anode constituents were placed in the TGA and their apparent reaction rate was measured. The chemical reactivity of anode constituents showed that the apparent reaction rate of the pitch material (with a similar level of graphitization than that of coke material and for the raw materials used in this project) was not higher than that of the coke and the butt particles (which is in contradiction to the literature) and thus the dusting phenomenon which is attributed to a supposed selectivity of CO2 on pitch constituent was not confirmed. The consumption of the industrial carbon anodes in the electrolytic bath is controlled by the impurities, the level of graphitization and also by the mass transport through its porous structure. In this project, the gasification of large particles could be assimilated at the consumption of industrial anodes. The apparent reaction rates were measured for 9 particle sizes of anode (between 33 µm and 4380 µm of diameter). A larger particle size decreased the reaction rate. Three sizes of anode particles (725, 1200 and 2190 µm) were specifically studied because they are close to the particle sizes recommended by the ISO standard 12981-1 where - 1400 + 1000 µm is used to measure the CO2 reactivity of coke particles. The specific differential surface areas and volumes measured by argon adsorption and mercury infiltration were determined for the 3 particle sizes consumed at 5 gasified percentages (0; 15; 25; 35 and 50%). With the pore volumes, it was possible to weight the internal and external gasification on overall gasification. The determination of the critical pore size (TC) for the 3 particle sizes (20 µm to 725 µm particles and 40 µm for 1200 and 2190 µm particles) and the weights of internal and external gasifications revealed that the pores having a size greater than this critical size could have an essential weight on the overall CO2 reactivity of the anodes. Based on the ISO standard 12981-1, the particles between - 1400 + 1000 µm were chosen to demonstrate the effect of porosity on the CO2 reactivity of the anode and its constituents (coke, pitch, butt and binder matrix) under CO2 at 960 °C. The measurement of apparent reaction rates of these materials revealed the reactivity of binder matrix was slightly higher than those of the coke, butt and anode samples and was much greater than the reactivity of pitch material (considering the materials studied). These differences could be explained by the ratio of catalysts/inhibitor, (Vanadium + Nickel) / Sulfur, which was very high for the binder matrix and coke samples, used in this project and a lower level of graphitization for binder matrix. The butt was also highly reactive because the catalyst effect of sodium on the Boudouard reaction at 960 °C is very important. The apparent effectiveness factor allowed to highlight the effect of structure on the reactivity of large particle sizes compared to the reaction rate under chemical regime. The ratio of apparent reaction rate under mass transport limitations over the rate under chemical regime for the 5 materials (anode, coke, pitch, butt and binder matrix) indicated the porosity impact. The apparent effectiveness factor for anode and pitch samples was very low (less than 0.3 for 4 gasification percentages of 15; 25; 35 and 50%) revealing that a suitable structure of carbon material may decrease the overall reactivity. After characterization of anode and its constituents, it was assumed that the initial surface area of the anode could be estimated by the weighted average of the surface areas of its components (coke + butt + pitch and coke + butt + binder matrix). The binder matrix is a mixture of the fine particles of coke and the pitch material. In spite of similar chemical compositions, classification of raw materials as coke + pitch + butt and coke + butt + binder matrix could not explain the large specific area of anode. Consequently, a new representation of the anode should be considered. Due to the lack of support during baking, the pitch material, baked alone or baked in binder matrix, could not be spread during its pyrolysis. Thus, three recipes of pitch/coke mixtures (coke/pitch: 100/0, 95/5 and 85/15 w/w) were mixed and baked, separately. The 95/5 mixture presented a very large initial surface area (similar to that of anode). The CO2 reactivity was measured in TG instrument at 960 °C. The reactivity of 95/5 composition was very similar to that of 100/0 while the reactivity of 85/15 composition was very low. The anode reactivity had an intermediate level. According to the initial specific surface area and the CO2 reactivity of these three recipes, it was possible to approximate the surface area and the CO2 reactivity of the carbon anode with a mixture of coke particles partially coated (95/5) and fully coated (85/15) with pitch. Consequently, this new assembly could be useful to better understand the wetting of coke by pitch during baking.

L’érythropoïétine (EPO) est une cytokine ayant un rôle important dans l’homéostasie de l’oxygène (O2). Lors d’une hypoxie chronique, l’EPO stimule la maturation des progéniteurs érythroïdes en globules rouges augmentant ainsi le transport de l’O2 aux tissus. Outre cet effet érythropoïétique, l’EPO module la réponse ventilatoire à l’hypoxie (RVH) par une action directe sur la commande centrale respiratoire (CCR) et les chémorécepteurs périphériques. Cet effet a été principalement caractérisé chez des souris mutantes surexprimant l’EPO. Cependant, plusieurs aspects de l’effet de l’EPO sur l’activité du réseau respiratoire demeurent inconnus. Nous avons utilisé des approches électrophysiologiques, pharmacologiques et pléthysmographiques pour caractériser 1) les effets aigus d’EPO exogène sur la chémosensibilité à l’O2 chez la souris au cours du développement post-natal, période où la CCR et les chémorécepteurs périphériques sont en pleine maturation, 2) les effets de traitements aigu et chronique d’EPO et de son dérivé non érythropoïétique, l’EPO carbamylée (C-EPO), sur la réponse ventilatoire induite par des variations des niveaux d’O2 inspirés chez la souris adulte. 3) les effets de l’EPO sur la sensibilité chimique au CO2, le CO2 étant un puissant stimulus de la CCR, chez des souris adultes qui surexpriment l’EPO au niveau central et/ou plasmatique. Nos résultats montrent qu’une application aigüe d’EPO diminue la dépression centrale hypoxique mesurée in vitro chez le nouveau-né. En revanche, elle n’affecte pas la RVH mesurée in vivo au cours du développement postnatal mais diminue la fréquence des apnées survenant en hypoxie sévère à 6% d’O2. Aussi, chez la souris adulte, l’administration chronique d’EPO et de C-EPO augmente la sensibilité des chémorécepteurs périphériques à l’O2 et maintient la ventilation durant la phase tardive de la RVH. Enfin, l’EPO diminue la sensibilité ventilatoire à l’hypercapnie grâce à des effets périphériques et centraux. L’ensemble de nos résultats montrent que l’EPO module la respiration et contribue à l’homéostasie de l’O2 et du CO2 grâce à ses effets plasmatiques et centraux. Elle représente un candidat à fort potentiel thérapeutique pour les pathologies respiratoires où la sensibilité chimique à l’O2 et au CO2 sont altérés telles que l’apnée du nouveau-né ou le mal chronique des montagnes. / Erythropoietin (EPO) is a cytokine that plays a major role in O2 homeostasis. Upon chronic hypoxia, EPO stimulates the maturation of erythroid progenitors into red blood cells, contributing to increased O2 carrying to tissues. Besides this well-known erythropoietic effect, EPO also modulates the respiratory response to hypoxia by interacting with the central respiratory network in the brainstem and the peripheral chemoreceptors. This effect was mainly characterized in adult mutant mice that overexpress EPO. Several aspects regarding EPO’s effect on breathing regulation remain unknown. By using electrophysiological, pharmacological and plethysmographic approaches, we characterized 1) the acute effect of exogenous EPO on the respiratory network during the postnatal period, in which this system undergoes profound changes, 2) the effects of acute and chronic exogenous EPO administration and its non erythropoietic derivative carbamylated EPO (C-EPO) on ventilatory response to varying O2 levels in adult wild type mice (WT), 3) the EPO’s effect on the CO2 sensitivity at central and/or peripheral levels in adult mutant mice which overexpress EPO, the CO2 being a strong stimulus of the central respiratory network. Our results show that acute EPO treatment increases the O2 sensitivity of the central respiratory network in newborn mice in vitro. However, EPO does not impact the hypoxic ventilatory response to hypoxia in vivo, but decreases the apneic events during severe hypoxia in mice at postnatal day 7. In WT adults, chronic but not acute EPO and C-EPO treatment increases the O2 sensitivity by stimulating both the peripheral chemoreceptor and the central respiratory network. Finally, both cerebral and plasmatic EPO blunt the ventilatory response to increased CO2 levels in adult mice. Taken together, these results imply that EPO, by acting on the ventilatory system, plays a key role in the modulation of the chemical sensitivity to O2 and CO2. Thus, EPO may have a potential clinical interest in the treatment of some chronic respiratory diseases where O2 and CO2 homeostasis are altered, such as neonatal apnea or chronic mountain sickness.

La présente étude a eu pour objectif principalde mettre en place un procédé de prétraitement de la fibre naturelle de lin, de fabrication de nanofibres lignocellulosiques et leur modification de surface subséquente, environnementalement irréprochable sur toute la ligne. Afin de répondre à cet objectif principal, les nanofibres lignocellulosiques de lin ont été préparées en utilisant un procédé respectueux de l'environnement, soit une combinaison de prétraitement au dioxyde de carbone (CO2) dans les conditions supercritiqueset d'hydrolyse enzymatique. Le prétraitement au CO2 supercritique visait à surmonter la récalcitrance de la biomasse lignocellulosique et à donner accès aux enzymes hydrolytiques. Il a été démontré que le prétraitement au CO2 supercritique des fibres de lin a aidé à déstructurer la biomasse tout en évitant son fractionnement et à faciliter l’hydrolyse enzymatique subséquente du substrat. Un cocktail d’enzymes hydrolytiques comprenant la cellulase, la xylanase, la pectinase et la viscozyme a été utilisé et a permis d’extraire des fibres lignocellulosiques ayant des dimensions nanométriques.Ces nanofibres lignocellulosiques extraites ainsi que les résidus solides de l’hydrolyse sont de nature hydrophile en raison de l'attraction / interaction entre les groupes hydroxyles des composants fibreux et des molécules d'eau. La nature hydrophile de ces nanofibres lignocellulosiques aboutit souvent à une mauvaise compatibilité avec des matrices polymères hydrophobes. Une modification de surface s’impose donc afin de les rendre plus hydrophobes et donc compatibles avec les matrices hydrophobes. La laccase, une enzyme spécifique a été utilisée pour catalyser le greffage de composés phénoliques naturels, le gaïacol et le syringaldéhyde, rendant ainsi les nanofibres lignocellulosiques et les résidus solides de l’hydrolyse plus hydrophobes et compatibles avec lesmatrices hydrophobes. Aucun changement significatif dans la composition chimique des fibres de lin n’a été observé après le prétraitement tel que suggéré par les analyses par spectroscopie infrarouge. Ces dernières ont démontré par ailleurs le greffage de surface induit par la laccase, du guaïacol et du syringaldéhyde sur les nanofibres extraites et sur les résidus de l’hydrolyse. La technique de diffraction des rayons X a révélé que la cristallinité augmentait suite au prétraitement de la fibre avec le CO2 supercritique ainsi que suite à l’extraction des nanofibres. La microscopie électronique à balayage a révélé les dommages physiques causés à la surface des fibres suite au prétraitement alors que la microscopie électronique à transmission démontrait que les nanofibres lignocellulosiques extraites étaient en forme des filaments, avec un diamètre de 5 –10 nm et plusieurs micromètres de longueur. Enfin les fibres fonctionnalisées ont montré une meilleure stabilité thermique et un caractère hydrophobe comparativementaux fibres brutes non traitées. / The main goal of this research was to set up an environmentally friendly process for the pretreatment of natural flax fibres in view to produce lignocellulosic nanofibers and modify their surface for their use as compatible fillers in polymer composites. To achieve this main objective, lignocellulosic nanosized flax fibres were prepared using an environmentally friendly process based on a combination of supercritical carbon dioxide pretreatment and enzymatic hydrolysis conditions. Supercritical CO2 pretreatment aimed to overcome the recalcitrance of lignocellulosic biomass and to provide access to hydrolytic enzymes. It was shown that the supercritical CO2 pretreatment of raw flax fibers helped to deconstruct biomass, avoiding its fractionation and increased access to hydrolytic enzymes such as cellulase, xylanase, pectinase and viscozyme leading to extraction of lignocellulosic fibres having nanometric dimensions. These extracted lignocellulosic nanofibres as well as the solid residues of the hydrolysis are hydrophilic in nature because of the attraction / interaction between the hydroxyl groups of the fibrous components and water molecules. The hydrophilic nature of these lignocellulosic nanofibers often results in poor compatibility with hydrophobic polymeric matrices. Surface modification is therefore necessary to make them more hydrophobic and compatible with the hydrophobic matrices. Laccase mediated grafting of natural phenolic compounds, i.e. guaiacol and syringaldehyde, onto lignocellulosic fiber was achieved, thus making lignocellulosic nanofibers and hydrolysis solids residues more hydrophobic and compatible with hydrophobic matrices. No significant changes in the chemical composition of flax fibres were observed after pretreatment. This was confirmedby FTIR analysis, which also demonstrated laccase-induced grafting of guaiacol and syringaldehyde onto lignocellulosic nanofibers and solid residues hydrolysis surfaces. Moreover, X-ray diffraction revealed that crystallinity increased for supercritical CO2 pretreated fibres as well asenzymatically produced lignocellulosic nanofibers. Scanning electron microscopy revealed the physical damages in the form of holes, cracks and erosions onto the surface of supercritical CO2 pretreated flax fibres, while transmission electron microscopy evidencedthe production of filament-shaped nanosized fibrils with a diameter of 5-10 nm and several micrometers length. Finally, bio-grafted fibers showed better thermal stability and hydrophobicity if compared to untreated raw analogues.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020 / Le secteur du bâtiment émet jusqu’à 30% des émissions de gaz à effet de serre (GES) mondiales. Au Canada, il émet 12% des émissions de GES directes et subira une croissance importante d’ici 2030. Accroître l’utilisation des produits du bois pourrait diminuer les impacts climatiques attribués au secteur du bâtiment, ce qui contribuerait à l’atteinte des cibles nationales de réduction des émissions de GES. En stimulant un aménagement forestier durable, cela limiterait aussi les émissions de GES en forêt, en diminuant par exemple les risques de perturbations naturelles. Une gestion intégrée stimulant les secteurs du bâtiment, de la forêt et des produits du bois générerait un maximum de bénéfices environnementaux (i) en maintenant ou augmentant les stocks de carbone en forêt; (ii) en augmentant le stockage temporaire dans les produits du bois; (iii) en encourageant la substitution de matériaux à plus haute empreinte carbone. Le potentiel réel des stratégies d’atténuation faisant intervenir les produits du bois est difficile à quantifier. L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil utilisé en génie environnemental pour déterminer les impacts environnementaux d'un produit ou d'un service sur son cycle de vie. Cependant, en ACV, il n'existe aucun consensus sur la modélisation du carbone issu de processus biologiques, le carbone biogénique. Les ACV traditionnelles (statiques) ne considèrent pas l’influence des aspects temporels; elles reposent souvent sur les hypothèses que le carbone biogénique est (1) carboneutre ou (2) entièrement émis à la récolte. Ceci est problématique car les impacts climatiques d’un GES sont liés aux variations de sa concentration atmosphérique dans le temps. Les méthodes statiques peuvent donc mener à d’importantes erreurs d’estimation. Par exemple, 57% du carbone séquestré dans les produits du bois canadiens entre 1990 et 2008 est encore stocké dans l’anthroposphère. Considérer ce carboneentièrement émis induit une erreur d’estimation de 675 Mt CO2, l’équivalent de 92% des émissions de GES canadiennes en 2014. Les méthodes dites dynamiques permettent de considérer l’influence d’aspects temporels en ACV. Elles permettent d’éviter les hypothèses simplificatrices (1) et (2). Cependant, ces méthodes sont relativement récentes. Il existe peu d’exemples de leur application dans la littérature, notamment dans le domaine de l’ACV du bâtiment, où leur complexité additionnelle en termes de ressources (temps, données) est un enjeu important. L’objectif de ce projet est de comparer les résultats des méthodes statique et dynamique pour l’évaluation des impacts climatiques des produits du bois en ACV du bâtiment. Plus spécifiquement, cet objectif implique d’identifier une méthode dynamique adaptée à l’ACV du bâtiment, puis de l’utiliser dans une étude de cas. Ces objectifs spécifiques sont couverts dans deux articles. Le premier article dresse une revue critique des méthodes de modélisation du carbone biogénique en ACV et identifie la méthode dynamique du potentiel de réchauffement global biogénique (PRGbio) comme bien adaptée à l’ACV du bâtiment. Celle-ci permet d’intégrer des aspects dynamiques à l’ACV du bâtiment sans trop complexifier la collecte de données d’inventaire du cycle de vie. Le second article décrit l’application de la méthode PRGbio à l’étude de cas des Habitations Trentino, un bâtiment en bois situé à Québec. Comparativement à une approche statique, l’approche dynamique entraîne une réduction des impacts climatiques liés à l’utilisation des produits du bois. Ce résultat suggère que les méthodes d’ACV actuelles surévaluent les impacts environnementaux du carbone biogénique, et que des politiques encourageant la construction en bois auraient un potentiel d’atténuation des changements climatiques prometteur. / The building sector accounts for up to 30% of global GHG emissions. In Canada, it represents 12% of direct GHG emissions; these impacts are expected to significantly increase before 2030. Using more harvested wood products (HWP) in buildings could reduce the climate change impacts of the building sector and help reach the national mitigation goals set under the Paris Agreement. By encouraging sustainable forest management, this could also reduce forest carbon emissions, e.g. by reducing the risks and consequences of natural disturbances (fires, insects, etc.). Combining (i) sustainable forest management, (ii) temporary carbon storage and (iii) substitution benefits in integrated management approaches could provide large, necessary mitigation benefits. The potential benefits of integrated approaches including HWP are increasingly recognized, but assessing their actual climate impacts remains challenging. Life cycle assessment (LCA) is used in environmental engineering to assess the life cycle impacts products or services. However, there is currently no consensus in LCA on the assessment of carbon from biological processes, biogenic carbon. Traditional (static) practice disregards the influence of time considerations in LCA, and generally considers biogenic carbon (1) carbon neutral or (2) entirely emitted at the moment of harvest. This is a problem, since the climate change impacts of greenhouse gases (GHG) are a function of their atmospheric concentration over time. Disregarding time considerations can thus lead to estimation errors. In Canada, 57% of the biogenic carbon captured in wood products between 1990 and 2008 still remains in the anthroposphere. To consider it entirely emitted at harvest induces an estimation error of 675 Mt CO2, or approximately 92% of total Canadian GHG emissions in 2014. Dynamic approaches include time considerations in LCA and avoid simplifying assumptions (1) and (2). However, dynamic approaches are relatively recent. There are few available case studies and guidelines in the literature, notably in the field of building LCA, where the additional complexity and ressources (time, data) is a concern. The goal of this project is to compare the results of static and dynamic LCA approaches in the analysis of the climate change impacts of HWP in building LCA. More specifically, this goal implies identifying a dynamic approach well adapted to building LCA, and applying it in a case study. These objectives are covered in two articles. The first article is a critical review of biogenic carbon assessment methods in LCA. It identifies the biogenic global warming potential (GWPbio), a dynamic LCA approach, as well adapted for building LCA. The GWPbio approach can include time considerations in LCA, but is less resource-intensive than other approaches. The second article describes the use of GWPbio in the LCA of the Trentino building, a timber building located in Quebec City. Compared to static approaches, using GWPbio reduces the global warming impacts of HWP. This result suggests that current LCIA practice overestimates the impacts of biogenic carbon and HWP. Consequently, encouraging an increased use of HWP in the building sector could provide promising climate change mitigation benefits.

L'objectif de la thèse est de fabriquer un conducteur protonique à base de phyllosilicates, fonctionnant à une température comprise entre 200°C et 300°C pour la production d'hydrogène d'une part, et l'hydrogénation du CO2 issu de la biomasse d'autre part. Le dépôt sera effectué sur un substrat en acier fritté, mis au point spécifiquement en collaboration avec le fournisseur.Afin d'appréhender les phénomènes régissant la croissance du dépôt et donc, pouvoir optimiser les performances du procédé, un suivi in-situ par spectroscopie d'impédance électrochimique sera effectué pour chaque essai. Ces analyses seront couplées avec d'autres analyses ex-situ (MEB,XPS,...). L'objectif étant de pouvoir contrôler minutieusement les caractéristiques de la couche formée, et reproduire rapidement le procédé à l'échelle industrielle.A la fin de la thèse, les résultats seront intégrés dans le programme SOLARVI, qui vise à stocker l'énergie issue de sources renouvelables pour la production d'hydrogène d'une part, et la transformation du CO2 issu de la biomasse en produits valorisables dans le domaine de l'énergie et dans la chaîne du carbone d'autre part. / This thesis aims at the elaboration of a phyllosilicate-based protonic conductor working at temperatures between 200°C and 300°C for hydrogen production and hydrogenation of CO2 coming from biomass. The deposit will be carried out on a sintered steel alloy, developed with the supplier.In order to understand the phenomena governing the growth of the deposit, an in-situ monitoring will be performed for each test, by electrochemical impedance spectroscopy. These analyses will be coupled with other ex-situ analyses (SEM, XPS...). That will allow us to obtain the good final properties of the protonic layer and quickly bring the process at industrial scale.At the end of the thesis, all results will be integrated within SOLARVI program, which aims at the energy storage coming from renewable sources, by hydrogen prduction and transformation of CO2 into products which could be valorized in energy and chemistry fields.

L'objectif essentiel de ce travail est de déterminer les variations passées du CO2 atmosphérique à partir de l'analyse de l'air piégé dans la glace. Cette étude a été centrée sur deux époques du passé, à savoir : l'époque récente couvrant en particulier les derniers siècles, afin de déterminer le niveau en CO2 de l'atmosphère "pré-industrielle", la fin de la dernière glaciation (vers 18 000 B.P.) et la transition âge glaciaire-Holocène afin de préciser les résultats obtenus précédemment. Dans le premier chapitre, nous présentons les différents mécanismes conduisant au piégeage de l'air dans la glace et discutons les conditions à réunir pour que l'air analysé soit représentatif de l'atmosphère. Dans le deuxième chapitre, nous discutons la partie expérimentale de notre travail, en présentant en particulier les tests que nous avons faits sur notre méthode d'analyse et les résultats positifs de la comparaison de notre méthode avec celle utilisée par l'Institut de Physique de Berne. Nous concluons que la précision relative de nos résultats est inférieure à 4% et qu'ils sont représentatifs des variations en CO2 de l'atmosphère.