Les eaux grises (EG) peuvent être considérées comme une ressource alternative à l’eau potable et peuvent donc être réutilisées, par exemple, pour l'arrosage d'espaces verts pour lequel une qualité ''eau destinée à la consommation humaine'' ne semble pas nécessaire. Toutefois la présence de microorganismes pathogènes et de composés organiques peut entraîner des risques sanitaires et environnementaux. Il est donc nécessaire de traiter ces EG avant de les réutiliser et caractériser les risques liés à leur recyclage, jusqu'à présent peu connus. Pour répondre à ces objectifs, la démarche a consisté à caractériser les EG afin de choisir un traitement adapté. Le procédé biologique retenu est un réacteur à lit fluidisé aérobie. Son optimisation a été basée sur l’étude de son comportement hydrodynamique et sur la cinétique de biodégradation des EG. Ses performances épuratoires ont également été déterminées. La qualité des EG traitées produites atteint les objectifs attendus par la réglementation française pour l'irrigation d'espaces verts avec des eaux usées traitées. En effet, la DCO et les MES obtenues dans l'effluent traité sont respectivement de 26 mg O2.L-1 et 5,6 mg.L-1. Le réacteur a permis de traiter 144 L.j-1 d'EG durant 16 mois. Trois parcelles de pelouse ont été irriguées respectivement par des EG brutes, des EG traitées et par de l’eau potable. Contrairement à la parcelle irriguée par les EG brutes, l'analyse de risques n'a montré aucune différence significative entre celle irriguée par les EG traitées et celle irriguée par l'eau potable. Ces travaux démontrent que les EG traitées produites dans cette étude peuvent être employées pour l’irrigation d’espaces verts. / A level of water quality intended for human consumption does not seem necessary for domestic uses such as irrigation of green spaces. Alternative water supplies like the use of greywater (GW) can thus be considered. However, GW contains pathogenic microorganisms and organic compounds which can cause environmental and health risks. As the risks related to recycling are unknown, GW treatment is necessary before reusing. To describe the risks related to GW reuses, the scientific approach performed in this study was to characterize domestic GW in order to select an appropriate treatment. The biological process chosen is an aerobic fluidized bed reactor. As this process has never been developed for GW, an optimization step based on the study of its hydrodynamic behavior and the kinetics of biodegradation of GW was performed. The treatment performances were then determined. The treated GW produced in this study reached the threshold values expected by the French regulation for irrigation of green spaces with treated wastewater. Indeed, the COD and the TSS obtained in treated GW were respectively 26 mg O2.L-1 and 5.6 mg.L-1. The fluidized bed reactor has been used to treat 144 L.d-1 of GW for 16 months. Three lawn plots were irrigated respectively with raw GW, treated GW and tap water asa reference. Contrary to the lawn plot irrigated with raw GW, the risk analysis performed in this study has shown no significant difference between the law plot irrigated with treated GW and the one irrigated with tap water. This study shows that treated GW produced from the fluidized bed reactor developed in this experiment can be used for irrigation of green spaces.

En période hivernale, des fondants routiers sont épandus sur les chaussées afin de préserver la sécurité des usagers. Sous l'influence de divers paramètres, ces produits se retrouvent en partie dans l'environnement, le reste étant collecté par des systèmes de rétention des eaux de ruissellement routières. Or, les bassins de rétention ne sont pas conçus pour traiter ces fondants, et jouent uniquement un rôle de régulation des flux rejetés dans l’environnement. L’effet du NaCl sur l’environnement est néfaste, en raison de sa toxicité directe envers certains organismes et, indirectement parce qu’il contribue à augmenter la mobilité des ETM (Éléments Traces Métalliques), eux-mêmes toxiques. Ceci démontre un besoin d'assainissement particulier pour ces produits. L'objectif de cette thèse est d'étudier les transferts de NaCl par un bassin de rétention, mais également d'investiguer la possibilité d'utiliser la phytoremédiation comme base d'une solution d'assainissement des eaux de ruissellement routières. Le bassin de rétention choisi comme modèle est un bassin récent situé à Chenevières (Lorraine, France), en bordure d’une route nationale. La première partie du travail a porté sur la mesure et la caractérisation des transferts de NaCl dans ce bassin. L’eau a été collectée en entrée/sortie chaque semaine pendant 3 ans, et les concentrations en NaCl et ETM mesurées. Les conditions météorologiques et les données d’épandage de sel ont été suivies pour évaluer la proportion de sel effectivement transférée vers le réseau de collecte des eaux de ruissellement routières. Les résultats montrent que 25 à 50 % du sel épandu est effectivement collecté. De plus, les résultats sur la dynamique du NaCl prouvent que le bassin joue uniquement un rôle de rétention temporaire et de dilution avant rejet vers l’environnement. Ensuite, des mesures et analyses des sédiments du bassin et des sols de bord de route ont été conduites pour caractériser la spéciation et la mobilité des ETM dans ce contexte routier particulier. Dans ce cas précis, le NaCl n’a pas eu d’effet significatif sur la mobilisation des ETM, hormis le zinc (Zn). En revanche, il a provoqué la mobilisation d’autres ions majeurs. Concernant le traitement, les procédés conventionnels de dessalement d’eau sont trop coûteux et inadaptés. C’est pourquoi les potentialités d’une solution d’assainissement par phytoremédiation ont été explorées. Trois plantes halophytes ont été sélectionnées selon des critères permettant leur utilisation en contexte routier, Armeria maritima, Atriplex halimus et Atriplex hortensis L. Des expériences de germination/croissance ont été effectuées dans différentes conditions de salinité et de concentration en Zn pour évaluer leur tolérance à la salinité, à la présence de Zn et leurs capacités d’accumulation. Ces plantes ont montré une tolérance au NaCl dans des conditions de salinité représentatives de celles mesurées dans les réseaux d’assainissement routiers à Chenevières. De plus, les trois espèces accumulent dans leurs parties aériennes des quantités significatives de NaCl, ainsi que du zinc. L'utilisation des halophytes pour la phytodésalinisation en domaine routier s'avère être une technologie prometteuse pour répondre à la problématique de l'impact environnemental des fondants routiers. / During winter, deicing salts are spread on roads in order to preserve road safety for users. Under the influence of different parameters, these compounds are partly transferred to the environment, the rest of it being collected by the road runoff retention systems. However, road runoff retention ponds have not been designed for deicing salt treatment; they only play a role in the regulation of fluxes before their rejection into the environment. Furthermore, NaCl has a harmful impact on the environment, because of its toxicity to certain aquatic organisms and because it contributes to the increase of trace metal (TM) mobility, which are toxic as well. This shows the need for a specific treatment for these compounds. The objective of this research is to bring better understanding of deicing salt dynamics in a retention pond, but also to investigate the potential use of phytoremediation as a treatment solution for road runoff. A model retention pond was selected; it is located along a highway in Chenevières (Lorraine region, France). The first part of the work focused on the monitoring and the characterization of NaCl transfers in this pond. Water was weekly sampled for 3 years at the pond input and output and NaCl and TM concentrations were measured. Meteorological conditions and salt spreading data were monitored to appraise the salt fraction actually collected by the pond. Results showed that only 25 to 50 % of the spread salt is effectively collected. Moreover, results on NaCl dynamics proved that the pond only plays a role on transient storage and salt dilution before rejection into the environment. Moreover, measurements and analyses of sampled basin sediments and roadside soils were performed to assess speciation and TM mobility in this particular context. In this case, no significant effect of NaCl was recorded except for zinc (Zn); but major ions were mobilized. When it comes to treatments, conventional desalination technologies are too expensive and inappropriate in this context. Then, potentialities of phytodesalination were explored. Three halophyte plants were selected on the basis of specific criteria, allowing their use in road runoff context: Armeria maritima, Atriplex halimus and Atriplex hortensis L. Germination and growth experiments were run in various salinity conditions and in the presence/absence of Zn, in order to assess their tolerance to salt and Zn, as well as their accumulation abilities. These plants showed a high tolerance for NaCl in salinities in the range of those encountered in road runoff existing treatment systems at Chenevières. The three species accumulated significant amounts of NaCl and zinc in their aerial parts. The use of halophytes for phytodesalination of road runoff is a promising technique to address the issue of environmental impact of deicing salts.

Les traitements de surfaces (TS) utilisent d’importants volumes d’eau et de nombreux produits chimiques dans leurs procédés industriels. Le principal problème environnemental de la filière TS est celui de la forte charge polluante de leurs eaux usées. En effet, celles-ci sont complexes et difficiles à traiter. Ce travail de thèse a permis d’étudier plusieurs stations de décontamination de la filière TS avec comme principal objectif de démontrer l’intérêt, à la fois chimique et écotoxicologique, de leur optimisation. Pour atteindre notre objectif, les procédés de décontamination industriels ont été étudiés et optimisés. L’intérêt des traitements proposés en matière d’efficacité environnemental a également été évalué en mettant en œuvre des bio-essais basés sur l’utilisation de trois bio-indicateurs. Les résultats ont mis en évidence que les rejets du TS sont caractérisés par une polycontamination, organique et surtout métallique, fortement variable dans le temps. En outre, ces rejets ont une toxicité élevée envers les trois bio-indicateurs étudiés. Des bio-essais in vivo ont confirmé le rôle prépondérant des métaux dans la toxicité des rejets. L’optimisation des stations de décontamination a été réalisée en laboratoire, puis transposée et validée sur site industriel. Cette optimisation a permis d’améliorer significativement les abattements chimiques et il a également été démontré que l’utilisation de traitements de finition permet de tendre vers le rejet zéro. Après mise en œuvre des traitements, la toxicité des rejets a été considérablement réduite, démontrant ainsi l’existence d’une relation entre « efficacité chimique » et « réduction des impacts environnementaux ». / The surface treatment (ST) industry is currently undergoing major upheavals, particularly concerning environmental aspects, due to increasingly stringent standards. ST uses large volumes of water and chemicals in its manufacturing processes and its wastewater is acknowledged as being among the most polluting. The main environmental problem facing ST plants is the high pollution load of the effluent they generate. In this thesis, we analyzed and optimized three physicochemical units for the treatment of ST industrial wastewaters. We present the abatements obtained in the levels of pollution after the various chemical optimizations validated in the laboratory and then transposed to the industrial site. To evaluate the utility of each optimization proposal, bioassays using three bioindicators (Daphnia magna, Gammarus pulex, Lactuca sativa) were also carried out on the effluents of the treatment plants. The results showed that discharge waters were characterized by a polycontamination, organic and metallic, highly variable in time. These effluents also presented a high toxicity towards the bioindicators studied. Bioassays confirmed the preponderant role of metal in the toxicity. The optimization of the station and chemical treatment proposed reduced the organic load and the concentrations of metals. Decreasing pollutant concentrations in the wastewaters led to a significant reduction of their toxicity on the three bioindicators. This demonstrates that there is a relationship between “chemical efficiency” and “reduction of environmental impact”.

Considéré comme vecteur énergétique du futur, l'hydrogène semble être la solution miracle pour sortir de la crise énergétique et environnementale actuelle. Ceci peut être vrai à condition de résoudre tous les problèmes inhérents à son cycle de vie (production, distribution, stockage et utilisation). Face aux nombreux impacts environnementaux générés au cours de la production d’hydrogène, la complexité de leur évaluation et les éventuelles interactions entre eux, le recours à des méthodes d’évaluation environnementale semble nécessaire. Ainsi, l’Analyse de Cycle de Vie Exergétique (ACVE) a été choisie comme l’outil le plus intéressant pour l’étude des scénarios de production d’hydrogène. Elle va, d’une part, comparer des systèmes de production d’hydrogène dans le but de déterminer lequel est le plus éco-efficace et, d’autre part, localiser leurs possibilités d’amélioration environnementale. Huit scénarios de production d’hydrogène ont été étudiés par cette approche ACVE. Ces scénarios se basent essentiellement sur des techniques de reformage du méthane fossile, du biométhane et du bioéthanol. Les résultats obtenus montrent que les scénarios de production d’hydrogène à partir du méthane fossile, technique mûre et largement utilisée, sont les plus gros consommateurs de ressources abiotiques et les plus émetteurs de gaz à effet de serre (GES). Par contre, le recours au biométhane comme source d’hydrogène peut présenter, dans certaines configurations, une bonne solution. Le profil environnemental d’une filière hydrogène ex-biométhane peut encore être rendu plus attrayant par amélioration du système de digestion anaérobie avec un système de reformage sur site. Le recours au bioéthanol produit à partir du blé comme source d’hydrogène présente des effets néfastes sur l’environnement. En effet, ces procédés sont caractérisés par de grands pouvoirs d’eutrophisation et d’acidification en plus de leurs émissions importantes des gaz effet de serre (GES). Toutefois, le bioéthanol peut constituer une source durable et renouvelable pour la production d’hydrogène si sa production ne nuit pas à l’environnement / Considered as the future energy carrier, hydrogen appears to be the miracle solution to overcome the current energy crisis and environmental problems. This can be possible only by solving all the problems associated with its life cycle (production, distribution, storage and final use).Due to the large number of environmental impacts generated during hydrogen production, the complexity of their evaluation and the possible interactions among them the use of environmental assessment methods is necessary. The Exergetic Life Cycle Assessment (ELCA) approach was chosen as the most useful tool for hydrogen production scenarios investigation. It compares hydrogen production systems in order to identify which one is more eco-efficient and recognizes their opportunities for environmental improvement. Eight scenarios for hydrogen production were studied by the ELCA approach. These scenarios are essentially based on reforming techniques of fossil methane, biomethane and bioethanol. The results show that the hydrogen produced by fossil methane scenarios, a mature and widely used technique, are the largest consumers of abiotic resources and emitters of greenhouse gases (GHG). The use of biomethane as hydrogen source presents an interesting solution. The environmental profile of a hydrogen ex-bio-methane can be made even more attractive solution by improving anaerobic digestion system with on-site reforming process. The use of bio-ethanol produced from wheat as a hydrogen source has large environmental impacts. In fact, these processes are characterized by large eutrophication and acidification potentials in addition to their emissions of large amount of greenhouse gases (GHG). However, bio-ethanol can be a sustainable and renewable source for hydrogen production on condition that it is produced by environmentally friendly manners

Au regard de la croissance constante de la demande énergétique mondiale et de l'épuisement des ressources fossiles et des problèmes environnementaux, le recours à des sources d'énergie renouvelables est incontournable. La filière biomasse parait une voie prometteuse pour la production d’énergie propre et durable. La production du Gaz Naturel Synthétique (SNG) à partir de biomasse lignocellulosique est en plein essor. L’objectif de ce travail est la comparaison, par le biais d’indicateurs de développement durable, de systèmes de production de SNG à partir des résidus forestiers et des déchets des palmiers dattiers. L’Analyse de Cycle de Vie Emergétique a été choisie comme l’outil le plus judicieux pour cette étude. Elle permet de comparer les deux systèmes afin de déterminer lequel est le plus efficace et le plus durable, et de localiser leurs possibilités d’améliorations environnementales. Les résultats montrent que l'augmentation de la teneur en eau dans le gaz de synthèse peut éviter le dépôt de carbone au cours de la méthanation. Le rendement « Cold Gaz Efficiency » du procédé SNG est de 52%. Les résultats de l'évaluation environnementale montrent de fortes réductions des gaz à effet de serre pour chaque système. La transformité de SNG français est inférieure à celle du SNG tunisien. Par ailleurs, le système tunisien a la plus grande valeur du pourcentage de renouvelabilité et d'indice de durabilité. Le profil environnemental et la durabilité des deux systèmes étudiés peuvent être encore plus intéressants en installant l'unité de SNG à proximité d’oasis ou de forêts. Dans l'ensemble, le SNG devrait contribuer favorablement à l'avenir du mix d'énergie renouvelable / Actually biomass-based energy supply is a promising route for renewable energy system and sustainable development strategy. Methane rich gas from biomass can be obtained from gasification (Synthetic Natural Gas, SNG). SNG is very suitable, as it could be an important energy carrier. It could replace natural gas for electricity generation and heating systems and use the existing gas infrastructure. The main objective of this work is to investigate the syngas methanation, and to compare the environmental performance and sustainability for different SNG production systems. The French system (valorization of forest residue) and the Tunisian system (valorization of date palm waste) are analyzed and compared by using the Emergetic Life Cycle Assessment method. The inventory data are obtained mainly through process simulation by Aspen PlusTM software. The results show that increasing the steam ratio in syngas can avoid the carbon deposit during methanation process. The cold gas efficiency of the SNG process is 52%.The environmental analysis results show that high greenhouse gas savings can be obtained for each system. The transformity of the French SNG is lower than the one of the Tunisian SNG. On the other hand, the Tunisian system has the highest percentage of renewability and index of sustainability. The environmental performance and the sustainability of the two systems can be made even more attractive by installing the SNG production units near forests or oasis. Overall, the SNG is expected to contribute favorably to the future renewable energy system

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'impact environnemental d'un procédé est déterminé par des méthodes d'évaluation comme l'analyse de cycle de vie (ACV). Une méthode complémentaire a été développée afin de caractériser l'impact environnemental d'un procédé lors de la phase de dimensionnement, en lui appliquant un bilan thermodynamique restreint à ses frontières avec une fonction ad hoc. La fonction choisie, l'exergie, est basée sur l'état physico-chimique de l'environnement et quantifie l'irréversibilité d'une transformation. L'existence d'irréversibilités dans un procédé signifie qu'une partie de l'énergie fournie est dégradée augmentant simultanément les émissions polluantes. L'intérêt de l'exergie réside également dans l'allocation des coproduits. L'étude se focalise sur l'impact changement climatique dû aux émissions de gaz à effet de serre (GES). Cette méthode couplant ACV et analyse exergétique a été appliquée à un procédé représentatif du raffinage du pétrole: le reformage catalytique du naphta. Les émissions de GES y sont d'origine directe (régénération du catalyseur) et indirecte (utilités). Le procédé et les réacteurs ont été modélisés respectivement avec le simulateur de procédés ProII et avec un sous-programme codé en langage Fortran interfacé avec le simulateur pour tenir compte des transformations chimiques. La méthodologie, qui ne peut s'affranchir de données ACV, a permis de lier, pour le procédé, les émissions de GES respectivement à un indicateur thermodynamique Ip et à la variation d'exergie chimique. La méthode a été étendue pour comparer deux procédés ayant une même fonction en quantifiant, notamment, la qualité des produits formés et l'appauvrissement des ressources / The environmental impact of a process is assessed by evaluation methods such as life cycle assessment (LCA). A complementary method has been developed in order to characterize the environmental impact at the preliminary design stage by application of a thermodynamic balance on the process boundaries. The chosen thermodynamic function is exergy which takes into account irreversibilities and is linked to the mean environment temperature, pressure and composition. Existence of irreversibility in a process means that a part of the provided energy is wasted increasing simultaneously pollutant emissions. Exergy is also a tool for co-products allocation. The study focuses on climate change that implies greenhouse gas (GHG) emissions. To illustrate the potential of coupling LCA and exergy analysis in the petroleum industry, a naphtha catalytic reforming process has been selected and evaluated in terms of climate change. In this process, GHG emissions have two origins: direct (due to catalyst regeneration) and indirect (due to utilities) emissions. The process and the reactors have been respectively modelled with the process simulator ProII and with a Fortran subroutine to take into account chemical transformations. The method, which cannot avoid LCA data, has underlined, for the process, a positive relationship between GHG emissions and respectively a thermodynamic parameter Ip and the variation of chemical exergy. The method has been extended to compare two processes having the same function and to take into account co-products quality and resource depletion

Dans les aciéries, la conversion de la fonte en acier est une opération qui génère des quantités très importantes de déchets : les laitiers d'aciérie de conversion (LAC), qui sont en partie valorisés en tant que granulats en génie civil. Cette thèse vise à quantifier et à expliquer le comportement à la lixiviation des LAC, c'est-à-dire leur altération et le relargage des métaux traces (Cr, V) qu'ils contiennent, par l'identification des mécanismes physico-chimiques qui régissent, au sein même de la matrice solide, la mobilité et le transfert des éléments. L'approche expérimentale choisie est basée sur des tests de lixiviation (en laboratoire à l'aide du CTG-Leachcrete et en lysimètre à l'échelle semi-pilote) et des spectroscopies d'absorption et de fluorescence des rayons X permettant de caractériser à l'échelle du site cristallochimique le degré d'oxydation, la symétrie et la nature des phases porteuses des éléments.<br />Le Cr exclusivement trivalent, très stable dans les sites octaédriques d'une ferrite de calcium, est très peu relargué lors des tests de lixiviation en laboratoire et en lysimètre. Une phase de type spinelle, issue de l'altération de (Fe, Mn, Mg)O contrôle également la mobilité du Cr(III). Au contraire, le V(III) subit une oxydation en V(V) au sein même de sa phase porteuse, qui s'accompagne d'une perte de symétrie, à l'origine de sa mobilité à l'échelle du laboratoire.<br />Les données issues de ces expériences ont permis d'écrire les équations thermodynamiques d'équilibre à l'origine de l'initialisation d'un modèle géochimique robuste (CHESS) reproduisant l'altération des LAC : évolution minéralogique et courbes cinétiques de relargage obtenues lors des tests de lixiviation statique et dynamique en laboratoire. Ce modèle vise à terme à prédire le comportement à long terme des LAC dans un scénario de valorisation donné.

La diminution de l’impact environnemental des moteurs électriques conduit à des améliorations du rendement et de la compacité. Puisque la taille de la transmission est réduite, des problèmes d’échauffements peuvent apparaître car la surface d’échange avec l’environnement est fortement réduite, diminuant les possibilités de refroidissement. L’ensemble du système doit être caractérisé en termes de pertes de puissance et de capacité de transfert thermique pour déterminer si la température maximale en fonctionnement correspond aux exigences de fiabilité tout au long de la durée de vie du système. Cette thèse propose un modèle thermique d’une transmission avec des engrenages spiraux coniques, lubrifiée par bain d’huile. Le modèle thermique utilise la méthode des réseaux thermiques. Par conséquent, une estimation précise des pertes et des transferts thermiques entre les différents éléments est nécessaire. Une revue des méthodes existantes est présentée, indiquant que les pertes par barbotage des engrenages spiraux coniques ne sont pas totalement maîtrisées, entraînant la conduite d’une série d’essais sur un banc d’essai dédié. Cette étude se conclue sur l’application du modèle à la transmission ainsi que la proposition de points d’améliorations. / Environmental concern leads to improvements in both efficiency and power density of electrical motors. For compact transmissions, thermal issues can become critical: the surface available for thermal exchange with the environment is reduced, minimizing the possibility to cool down the elements. To ensure the system reliability, the operating temperature for each operating condition must not exceed the required maximum oil temperature. In order to evaluate its thermal behavior, the whole system should be therefore evaluated in terms of power losses and heat transfer. This PhD proposes a thermal model of an existing oil bath lubricated gear unit with spiral bevel gears. The thermal model uses the thermal network method, which needs an accurate prediction of power losses of the different elements and heat transfer between them. A review of the existing methods is presented. Since the churning losses of spiral bevel gears has never been fully characterized, specific tests have been done on a dedicated test bench. The last part of this work suggests possible improvements on the gearbox design.

Cette thèse vise à établir une réponse de structures urbaines optimisant les caractéristiques des préférences des habitants. Plus simplement écrit, nous cherchons à explorer quelle forme de ville tenc à répondre le plus favorablement aux aspirations de la population en suivant leurs préférences de consommation pour les aménités urbaines et vertes. En considérant un terrain d'étude théorique et en caractérisant la population par un modèle comportemental de type Cobb-Douglas, nous construisons le développement de la ville par étapes avec une arrivée successive des individus et explorons quelle réponse géométrique est la mieux adaptée. L'objectif final de la thèse est alors de montrer la possibilité d'élaborer une ville à géométrie fractale comme réponse aux demandes des personnes. Nous montrons qu'elle permet un équilibre entre accès aux deux aménités opposées, urbaines et vertes. Cette compensation des distances permet par suite d'offrir à chaque individu, à la fois un équilibre pour ses aménités et son budget, tout en satisfaisant aux exigences globales de la ville / This thesis aims to establish a urban structure that optimizes inhabitant's preferences. In other words, we want to find out which city shape answers the best the residents' aspirations, according to their consumption preferences for urban and green amenities. By considering a theoretical field of study and by characterizing the population by a Cobb-Douglas behavioral pattern, we will build step by step a city, assuming successive arrivais of new individuals, in order to find out which geometric shape gives the most suitable answer. The final goal of this thesis is there to suggest a city with a fractal shape as an appro- priate answer to the resident's expectations. We will show that this structure provides indeed both a balance between accesses to urban amenities and accesses to green amenities and a balance between amenities and budget, with an effective distance compensation that satisfies the overall exigencies of the city