Les extraits naturels tels que les huiles essentielles, les absolues ou les résinoïdes utilisés en parfumerie, arômes et cosmétique sont produits à partir de matières premières naturelles. La culture de ces matières premières est souvent basée sur la monoculture et implique l'utilisation de pesticides. La réglementation pour les matières premières destinées à ces industries devient de plus en plus stricte en termes de niveaux résiduels autorisés de pesticides, en raison de leur impact sur la santé publique et sur l'environnement. Dans ce manuscrit, un état de l’art montrant la problématique pour l’analyse des pesticides dans les extraits naturels et les travaux dédiés à cette étude, est présenté. Une méthode d’analyse multi-résidus de pesticides a ensuite été mise au point dans les roses et les extraits (concrètes et absolues) issus de la rose. La préparation d’échantillon s’appuie sur l’approche QuEChERS utilisant l’extraction et la purification par SPE-dispersive. Les échantillons ont ensuite été analysés par GC-MS/MS. Les méthodes ainsi développées ont permis d’étudier les devenir des pesticides au cours du procédé d’extraction des roses. Le travail a été fait dans un premier temps sur des roses issues d’un champ bio puis dopées avec 57 pesticides. Chaque intermédiaire de transformation, excepté les cires, a été analysé mettant en évidence la répartition des pesticides. Il y est montré que les pesticides présents dans les roses sont co-extraits durant le procédé d’extraction et sont concentrés entre 100 et 300 fois dans l’absolue. Cette étude a ensuite été réalisée sur des roses et leurs extraits issus de champs avec des traitements phytosanitaires « classiques ». / Natural extracts in form of essential oils, concretes, resinoids, as well as absolutes used in perfume, aroma, and cosmetic industries are produced from natural raw materials. The cultivation of natural raw materials is often based on monoculture and involves the use of pesticides. Legal regulations for raw materials intended for these industries become increasingly stricter in terms of the allowed residual levels of chemicals used for treatment because of their impact on public health and on the environment. In this manuscript, a review showing pesticide analysis problems in natural extracts and works dedicated to this study, is presented. Next, a method for multi-residue pesticides analysis was developed in roses and extracts (concrete and absolute) from roses. The sample preparation is based on the QuEChERS approach using extraction and purification by SPE-dispersive. The samples were then analyzed by GC-MS / MS. Thus the developed methods were used to study pesticides behavior during the extraction process of the roses. In a first time, the work was done on roses from organic field and spiked with 57 pesticides. Each transformation intermediate, except waxes, was analyzed showing the distribution of pesticides. It showed that pesticides which were present in rose flowers were coextracted during extraction process and concentrated by factor between 100 and 300 in absolute. This study was then performed on roses and extracts from fields with pesticide "classic" phytosanitary treatments. The trend observed for these samples was the same as for the model: pesticides were concentrated in the absolute reaching concentrations of several milligrams per kilogram.

Les concentrations de métaux lourds retrouvées dans les sols augmentent considérablement depuis la révolution industrielle et s’accumulent quotidiennement dans la biosphère. Ces composés métalliques persisteront pendant plusieurs années au niveau des différents écosystèmes affectés et voyageront dans les chaînes alimentaires par bioaccumulation. Les activités humaines, telle que l’industrie minière contribuent activement à cette problématique environnementale. En effet, l’excavation minière perturbe la roche-mère et favorise l’oxydation des métaux lourds sulfurés qui, lentement, produiront de l’acide sulfurique. Cette acidification peut mobiliser les éléments métalliques stables en condition neutre ou alcaline. Ces phénomènes induisent la formation du drainage minier acide (DMA) qui peut contaminer les cours d’eau ou les nappes phréatiques à proximité. Plusieurs mines sont situées en Abitibi-Témiscamingue en raison de l’abondance de divers minerais dans la roche mère tels que l’or. Une importante quantité de déchets industriels est produite lors de l’excavation du minerai, dont les résidus miniers entreposés dans des bassins de rétention extérieurs. Ces bassins prennent de l’expansion quotidiennement autour du site minier substituant la place de la végétation saine et des territoires. Une mise en végétation des sites miniers du Québec est exigée depuis 1995 afin de redonner une apparence naturelle aux sites et limiter le phénomène d’érosion. Depuis 2013, un plan de réaménagement et de restauration des sites exploités est obligatoire selon la loi sur les mines. Ces bassins seront donc ciblés pour effectuer des essais de revégétalisation par l’entremise de plantes actinorhiziennes. Les plantes actinorhiziennes sont des végétaux robustes pouvant coloniser nombreux habitats perturbés et hostiles. L’aulne est une plante actinorhizienne pouvant établir une relation symbiotique avec l’actinobactérie fixatrice d’azote du genre Frankia. La symbiose actinorhizienne est une interaction équitablement profitable entre la plante et la bactérie. Cette symbiose repose sur la capacité de la bactérie à transformer, au niveau des nodules, l’azote atmosphérique en ammonium assimilable grâce à une enzyme spécifique, la nitrogénase. Lorsque la symbiose est bien établie, elle donnera un avantage significatif aux plantes pour leur développement et leur croissance, et ce, même dans un substrat pauvre en nutriments ou contaminé. En effet, la symbiose actinorhizienne permet d’améliorer la structure physicochimique d’un sol et de l’enrichir en azote grâce à la fixation de l’azote atmosphérique. Dans la région de l’Abitibi-Témiscamingue, la mine Doyon est une mine d’or qui détient des sols acidogènes contenant des traces non négligeables de métaux lourds. Ce projet de recherche en microbiologie environnementale avait comme objectif principal d’évaluer la capacité des aulnes rugueux et des aulnes crispés à coloniser des résidus miniers acidogènes aurifères (concentrations différentes de 0 %, 35 %, 65 % et 100 %) avec ou sans l’aide de Frankia. La dispersion des contaminants par les feuilles a aussi été étudiée afin d’évaluer le risque environnemental de l’utilisation des aulnes sur le terrain à des fins de revégétalisation. Les objectifs préliminaires avaient comme but d’évaluer la résistance, de manière individuelle, de la souche ACN10a du genre Frankia (par extrait aqueux) puis des espèces d’aulne aux résidus miniers non stérilisés. Par le fait même, la microflore des résidus miniers a été étudiée dans le but d’isoler des espèces symbiotiques d’endophytes écoadaptées aux conditions arides du site minier Doyon. Concernant les objectifs préliminaires, les résultats ont démontré que la souche ACN10a résiste bien jusqu’à 35 % d’extrait aqueux de résidus miniers de la mine Doyon. Pour les concentrations supérieures à 50 %, Frankia (souche ACN10a) a démontré une respiration cellulaire et des concentrations protéiques décroissantes en raison de la présence d’éléments toxiques biodisponibles dans l’extrait aqueux. Par ailleurs, les aulnes rugueux et crispés ont démontré une tolérance jusqu’à la concentration de 35 % de résidus miniers non stérilisés sans la présence de Frankia. Par la suite, les résultats d’isolement n’ont pas démontré la capacité des aulnes à recruter des bactéries symbiotiques à partir des résidus miniers de la mine Doyon. Concernant l’objectif principal, les résultats ont démontré que l’aulne rugueux résiste mieux que l’aulne crispé jusqu’aux concentrations de 35 % de résidus miniers lorsqu’inoculés en manifestant une meilleure biomasse sèche totale, une plus grande concentration de chlorophylle dans les feuilles et un plus grand nombre spécifique de nodules. L’établissement symbiotique a été affecté par la présence des résidus miniers acidogène révélant que le nombre de site d’infection racinaire diminuait en fonction des concentrations de résidus miniers croissantes (0 %, 35 %, 65 % et 100 %). Ensuite, une analyse des éléments chimiques des feuilles a démontré que le transfert des métaux lourds des résidus miniers vers les feuilles était minime. Les plantes révélant de hautes teneurs en métaux lourds dans leurs feuilles ont développé par le fait même, une faible biomasse aérienne limitant ainsi la dispersion de contaminants lors de la perte des feuilles à l’automne. Le modèle expérimental aulne-Frankia possédait un seuil de tolérance visible à la concentration de 35 % de résidus miniers acidogènes aurifères de la mine Doyon. De plus, la présence de la symbiose actinorhizienne a modulé la distribution de certains éléments chimiques dans les feuilles en comparaison avec les aulnes non-inoculés (molybdène, nickel). Puis, une similarité a été notée dans la composition chimique des feuilles d’aulnes inoculés s’étant développés dans 0 % (témoin positif) et 35 % de résidus miniers.

Dans cette thèse, nous étudions plusieurs problèmes géométriques concernant les liens-selles de surfaces plates définies par des formes différentielles méromorphes ayant des pôles de degré arbitrairement grand. Dans le cas des 1-formes holomorphes, les surfaces sont d'aire finie et ont une infinité de liens-selles. Au contraire, pour les 1-formes méromorphes ainsi que les différentielles d'ordre supérieur (quadratiques et au delà) ayant des pôles dont le degré est suffisamment grand, les surfaces sont d'aire infinie et il est courant que le nombre de liens-selles soit fini. Nous étudions trois problèmes au sujet de telles surfaces. Le premier problème est la caractérisation des strates de différentielles dont les surfaces plates correspondantes ont toujours un nombre fini de liens-selles. Nous sommes parvenus à réduire le problème à un simple critère combinatoire relatif au profil de singularités de la strate. Pour ce premier problème, nous nous plaçons dans le cadre le plus général possible : celui des k-différentielles (de la forme f(z)dz^{k}) ayant au moins un pôle d'ordre supérieur ou égal à k. Le deuxième problème est celui de la caractérisation des groupes de Veech des surfaces plates avec pôles. Dans le cas classique des surfaces de (demi)-translation, il s'agit d'un problème très difficile. Ici, au contraire, la rigidité induite par la présence de pôles permet de donner une réponse complète. Enfin, nous proposons une caractérisation complète des familles de nombres complexes pouvant apparaître comme résidus aux pôles d'une différentielle méromorphe appartenant à une strate donnée. Ainsi, la géométrie plate permet de donner une réciproque au théorème des résidus dans laquelle on contrôle la multiplicité des singularités. Ce dernier résultat est le fruit d'une collaboration avec Quentin Gendron. / In this thesis, we consider several geometric problems about saddle connections of flat surfaces defined by meromorphic differentials with poles of arbitrarily large degree. In the case of holomorphic 1-forms, surfaces are of finite area an have infinitely many saddle connections. On the contrary, if we consider meromorphic 1-forms and differentials of higher orders (quadratic and beyond) with at least one pole whose degree is large enough, flat surface are of infinite area and their number of saddle connections may be finite. We study three problems about such surfaces. The first problem is the characterization of the strata of differentials such that the corresponding flat surfaces always have a finite number of saddle connections. We achieved to reduce the problem to a to single combinatorial criterium depending on the singularity pattern of the stratum. When we deal with this problem, we adopt the most general framework of k-differentials (of the form f(z)dz^{k}) with at least one pole of order at least k. The second problem is characterization of Veech groups of flat surfaces with poles. In the classical case of (half)-translation surfaces, it is a very difficult problem. Here, rigidity induced by the poles makes possible to provide a complete answer. Finally, we provide a complete characterization of the families of complex numbers that can appear as residues at the poles of a meromorphic differential belonging to a gien stratum. Thus, flat geometry provides a reciprocal to the residue theorem in which we control the multiplicities of the singularities. This last result is the product of a collaboration with Quentin Gendron.

Ce travail a pour thème la simulation numérique d’écoulements diphasiques dans un contexte industriel. En effet, la simulation d’écoulements diphasiques est un domaine qui présente de nombreux défis, en raison de phénomènes complexes qui surviennent, comme la cavitation et autres transferts entre les phases. En outre, ces écoulements se déroulent généralement dans des géométries complexes rendant difficile une résolution efficiente. Les modèles que nous considérons font partie de la catégorie des modèles à interfaces diffuses et permettent de prendre en compte aisément les différents transferts entre les phases. Cette classe de modèles inclut une hiérarchie de sous-modèles pouvant simuler plus ou moins d’interactions entre les phases. Pour mener à bien cette étude nous avons en premier lieu comparé les modèles diphasiques dits à quatre équations et six équations, en incluant les effets de transfert de masse. Nous avons ensuite choisi de nous concentrer sur le modèle à quatre équations. L’objectif majeur de notre travail a alors été d’étendre les méthodes aux résidus distribués à ce modèle. Dans le contexte des méthodes de résolution numérique, il est courant d’utiliser la forme conservative des équations de bilan. En effet, la résolution sous forme non-conservative conduit à une mauvaise résolution du problème. Cependant, résoudre les équations sous forme non-conservative peut s’avérer plus intéressant d’un point de vue industriel. Dans ce but, nous utilisons une approche développée récemment permettant d’assurer la conservation en résolvant un système sous forme non-conservative, à condition que la forme conservative soit connue. Nous validons ensuite notre méthode et l’appliquons à des problèmes en géométries complexes. Finalement, la dernière partie de notre travail est dédiée à étudier la validité des modèles à interfaces diffuses pour des applications à des problèmes industriels réels. On cherche alors, en utilisant des méthodes de quantification d’incertitude, à obtenir les paramètres rendant nos simulations les plus vraisemblables et cibler les éventuels développements pouvant rendre nos simulations plus réalistes. / The topic of this thesis is the numerical simulation of two-phase flows in an industrial framework. Two-phase flows modelling is a challenging domain to explore, mainly because of the complex phenomena involved, such as cavitation and other transfer processes between phases. Furthermore, these flows occur generally in complex geometries, which makes difficult the development of efficient resolution methods. The models that we consider belong to the class of diffuse interface models, and they allow an easy modelling of transfers between phases. The considered class of models includes a hierarchy of sub-models, which take into account different levels of interactions between phases. To pursue our studies, first we have compared the so-called four-equation and six-equation two-phase flow models, including the effects of mass transfer processes. We have then chosen to focus on the four-equation model. One of the main objective of our work has been to extend residual distribution schemes to this model. In the context of numerical solution methods, it is common to use the conservative form of the balance law. In fact, the solution of the equations under a non-conservative form may lead to a wrong solution to the problem. Nonetheless, solving the equations in non-conservative form may be more interesting from an industrial point of view. To this aim, we employ a recent approach, which allows us to ensure conservation while solving a non-conservative system, at the condition of knowing its conservative form. We then validate our method and apply it to problems with complex geometry. Finally, the last part of our work is dedicated to the evaluation of the validity of the considered diffuse interface model for applications to real industrial problems. By using uncertainty quantification methods, the objective is to get parameters that make our simulations the most plausible, and to target the possible extensions that can make our simulations more realistic.

Les expériences de laboratoire ont montré que la photo-irradiation ultraviolette d'analogues de glaces astrophysiques suivie de leur réchauffement à température ambiante mène à la formation de résidus organiques réfractaires. Ces résidus, solubles dans l'eau, consistent en un riche mélange de composés organiques incluant entre autres des acides aminés, molécules potentiellement importantes pour la chimie prébiotique. Ces résidus sont considérés comme des analogues de la matière organique réfractaire que l'on pense être synthétisée sur les grains de poussière dans les nuages moléculaires et/ou dans les disques protoplanétaires, produit de l'évolution des glaces, et qui pourra être accrétée plus tard en comètes ou en astéroïdes et finalement délivrée sur la Terre primitive. Ainsi, l'étude de ces analogues, produits dans des conditions astrophysiques pertinentes, représente un outil efficace pour explorer les processus à l'origine de la formation des molécules organiques complexes dans le Système Solaire et en particulier la possible introduction d'excès énantiomériques dans les molécules chirales.Ce travail de thèse est consacré à l'étude de ces résidus organiques, leur caractérisation et les applications astrophysiques de ces résultats. Nous avons utilisé différentes techniques d'analyse comme la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC MS, classique et multidimensionnelle), la spectrométrie de masse par résonnance cyclotronique ionique à transformée de Fourier (FT ICR MS) ou encore la spectroscopie infrarouge. Nous avons mesuré les excès énantiomériques induits dans cinq acides aminés par irradiation de nos analogues avec de la lumière UV polarisée circulairement (UV CPL) et insérons nos résultats dans le cadre d'un scénario astrophysique cohérent pour expliquer l'origine des excès énantiomériques observés dans les acides aminés météoritiques. Nous avons étudié le contenu en acides aminés de la météorite de "Paris" et montré des similarités avec la distribution en acides aminés de nos résidus organiques. Nous avons également produit des analogues plus réalistes de grains interstellaires en incluant une surface silicatée, afin de tester l’effet potentiel de cette surface sur la formation et la nature des résidus organiques. Enfin, nous effectuons une discussion générale à propos de la pertinence de ces résultats dans le contexte astrophysique et soulignons le possible lien entre astrochimie et chimie prébiotique. / Laboratory experiments have shown that ultraviolet photo-irradiation of astrophysical ice analogs and their following warm-up until room temperature lead to the formation of refractory organic residues. These residues consist of rich mixtures of organic compounds, including amino acids, which have a potential importance for prebiotic chemistry. They are considered as analogs of the organic refractory materials that are thought to be synthesized on dust grains in molecular clouds and/or in protoplanetary disks, as a product of ices evolution, and that could be later accreted into comets and asteroids and eventually be delivered to the early Earth. Hence, the study of these analogs, produced under astrophysically relevant conditions, represents a valid tool to investigate the processes at work for the origin of complex organic molecules in the Solar System and in particular the possible introduction of enantiomeric excesses in chiral molecules. This PhD work is devoted to the study of these laboratory organic residues, their characterization and the astrophysical applications of the results. We used different analytical techniques such as gas chromatography mass spectrometry (GC MS, classical and multidimensional), Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT ICR MS), and infrared spectroscopy. We measured the enantiomeric excesses induced in five chiral amino acids by UV circularly polarized light (UV CPL) irradiation of our analogs and insert our result in a coherent astrophysical scenario for the origin of the enantiomeric excesses observed in meteoritic amino acids. We studied the amino acid content of the Paris meteorite and evidence some similarities with the distribution of the amino acids in our organic residues. We also produced more realistic analogs of interstellar grains, including a silicate surface, to test the potential effect of such a surface on the formation and nature of organic residues. Finally, we discuss the significance of these results in the astrophysical context and the possible relationship between astrochemistry and prebiotic chemistry.

Le graphène est un matériau très intéressant grâce à ses excellentes propriétés optiques, électriques et mécaniques. Parmi les méthodes de synthèse du graphène monocouche, la croissance par le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur un métal est des plus efficaces et économiques pour assurer une production industrielle. Cette méthode demande toutefois une étape de transfert du graphène à partir du substrat catalytique de la croissance (généralement du cuivre) vers le substrat désiré. Plusieurs méthodes permettent d’effectuer ce transfert et les plus répandues impliquent généralement l’usage d’un polymère, car il présente des avantages intéressants, comme la simplicité et le faible coût, mais également des désavantages liés à l’introduction de défauts ou de résidus organiques sur la surface du graphène transféré. Pour conserver la qualité et les propriétés du graphène après le processus de transfert, nous avons travaillé à développer une méthode qui vise à éliminer les désavantages du transfert avec un polymère tout en permettant un transfert simple et propre de graphène sans défaut. La méthode retenue utilise un film d’or comme support pour faciliter le transfert du graphène sur gaufre de silicium. Pour augmenter l’adhésion à la gaufre de silicium, il a été nécessaire d’introduire une étape de recuit des échantillons de graphène après le transfert avec le film d’or. Le film d’or est ensuite enlevé par la gravure chimique humide, en utilisant une solution aqueuse d’iode et d’iodure de potassium, ce qui permet de produire une monocouche de graphène sur de grandes dimensions. Après une optimisation du processus complet, nos résultats du graphène transféré sur substrat de silice présentent peu des défauts selon les mesures Raman et l’absence des résidus organiques sur la surface par la topographie AFM. / Graphene is an interesting material thanks to its excellent optical, electrical and mechanical properties. Among the methods for synthesizing high quality monolayer graphene, growth by chemical vapor deposition (CVD) on a metal is one of the most effective and economical for industrial production. However, this method requires a step to transfer graphene from the growth catalytic substrate (generally copper) to the desired substrate. Several methods allow this transfer to be carried out and the most widespread methods generally involve the use of a polymer. The main advantages are simplicity and low cost. However, there are also disadvantages related to the introduction of defects or organic residue on the surface of the transferred graphene. To maintain the quality and properties of graphene after the transfer process, we have developed a method aimed at eliminating the disadvantages of a transfer with polymer. The developed method uses a gold film as a support to facilitate the transfer of graphene onto a silicon wafer. It is a simple way to produce defect-free graphene. To increase the adhesion to the silicon wafer, it was necessary to introduce a step of annealing the graphene samples after the transfer with the gold film. The gold film was then removed by wet chemical etching with an aqueous solution of iodine and potassium iodide, which makes it possible to produce a monolayer of graphene over large dimensions. After optimizing the entire process, our results of graphene transferred on silicon substrate show few defects based on Raman measurements and the absence of organic residues on the surface by AFM topography.

Les modèles linéaires généralisés (GLMs) constituent l’une des classes de modèles les plus populaires en statistique. Cette classe contient une grande variété de modèles de régression fréquemment utilisés, tels que la régression linéaire normale, la régression logistique et les gamma GLMs. Dans les GLMs, la distribution de la variable de réponse définit une famille exponentielle. Un désavantage de ces modèles est qu’ils ne sont pas robustes par rapport aux valeurs aberrantes. Pour les modèles comme la régression linéaire normale et les gamma GLMs, la non-robustesse est une conséquence des ailes exponentielles des densités. La différence entre les tendances de l’ensemble des données et celles des valeurs aberrantes donne lieu à des inférences et des prédictions biaisées. A notre connaissance, il n’existe pas d’approche bayésienne robuste spécifique pour les GLMs. La méthode la plus populaire est fréquentiste ; c’est celle de Cantoni and Ronchetti (2001). Leur approche consiste à adapter les M-estimateurs robustes pour la régression linéaire au contexte des GLMs. Cependant, leur estimateur est dérivé d’une modification de la dérivée de la log-vraisemblance, au lieu d’une modification de la vraisemblance (comme avec les M-estimateurs robustes pour la régression linéaire). Par conséquent, il n’est pas possible d’établir une correspondance claire entre la fonction modifiée à optimiser et un modèle. Le fait de proposer un modèle robuste présente deux avantages. Premièrement, il permet de comprendre et d’interpréter la modélisation. Deuxièmement, il permet l’analyse fréquentiste et bayésienne. La méthode que nous proposons s’inspire des idées de la régression linéaire robuste bayésienne. Nous adaptons l’approche proposée par Gagnon et al. (2020), qui consiste à utiliser une distribution normale modifiée avec des ailes plus relevées pour le terme d’erreur. Dans notre contexte, la distribution de la variable de réponse est une version modifiée où la partie centrale de la densité est conservée telle quelle, tandis que les extrémités sont remplacées par des ailes log-Pareto, se comportant comme (1/|x|)(1/ log |x|)λ. Ce mémoire se concentre sur les gamma GLMs. La performance est mesurée à la fois théoriquement et empiriquement, avec une analyse des données sur les coûts hospitaliers. / Generalized linear models (GLMs) form one of the most popular classes of models in statistics. This class contains a large variety of commonly used regression models, such as normal linear regression, logistic regression and gamma GLMs. In GLMs, the response variable distribution defines an exponential family. A drawback of these models is that they are non-robust against outliers. For models like the normal linear regression and gamma GLMs, the non-robustness is a consequence of the exponential tails of the densities. The difference in trends in the bulk of the data and the outliers yields skewed inference and prediction. To our knowledge, there is no Bayesian robust approach specifically for GLMs. The most popular method is frequentist; it is that of Cantoni and Ronchetti (2001). Their approach is to adapt the robust M-estimators for linear regression to the context of GLMs. However, their estimator is derived from a modification of the derivative of the log-likelihood, instead of from a modification of the likelihood (as with robust M-estimators for linear regression). As a consequence, it is not possible to establish a clear correspondence between the modified function to optimize and a model. Having a robust model has two advantages. First, it allows for an understanding and an interpretation of the modelling. Second, it allows for both frequentist and Bayesian analysis. The method we propose is based on ideas from Bayesian robust linear regression. We adapt the approach proposed by Gagnon et al. (2020), which consists of using a modified normal distribution with heavier tails for the error term. In our context, the distribution of the response variable is a modified version where the central part of the density is kept as is, while the extremities are replaced by log-Pareto tails, behaving like (1/|x|)(1/ log |x|)λ. The focus of this thesis is on gamma GLMs. The performance is measured both theoretically and empirically, with an analysis of hospital costs data.

Les eaux blanches issues du rinçage à l’eau des équipements utilisés en industries laitières présentent un potentiel de valorisation en lien avec leur teneur en solides du lait permettant ainsi de diminuer les impacts environnementaux et économiques liés à la gestion des effluents laitiers. Plus spécifiquement, les eaux blanches, utilisées dans le cadre de ce projet ont été générées à la suite du rinçage d’un pasteurisateur, avaient une composition similaire à celle du lait dilué. De ce fait, dans une optique de récupération et de réutilisation de ces eaux blanches, l’osmose inverse (OI) a été choisie comme technologie permettant de produire un concentré de solides du lait réutilisable en production fromagère (rétentat) et de l’eau de procédé (perméat). Ainsi, les différents lots d’eaux blanches provenant de deux usines de transformation du lait(usines A et B) ont été concentrés par OI à 50 °C. Ces eaux blanches ont tout d’abord été caractérisées pour leur composition physico-chimique et microbiologique. Par la suite, l’évolution de la charge et des genres bactériens composant les eaux blanches et les concentrés, a été déterminée par approche méta-taxinomique à la suite des étapes de concentration et de recirculation des eaux blanches par OI à 50 °C pendant 20 h. Finalement, le potentiel de valorisation des eaux blanches a été évalué lors de la production de fromages modèles pour lesquels différentes proportions de concentrés d’eaux blanches intégrées dans le mélange de lait fromager ont été étudiés. De même, l'impact économique de la mise en œuvre d'un système d'OI dans une usine laitière permettant de régénérer des concentrés d’eaux blanches a été estimé. Les résultats ont montré que le profil bactérien des eaux blanches était différent en fonction de l’environnement de l’usine et des séquences de nettoyage en place (CIP) mises en place. Plus spécifiquement, les bactéries psychrotrophes étaient dominantes dans les eaux blanches générées par l’usine A et les thermophiles dans celles générées par l’usine B. La composition microbiologique des eaux blanches limitait leur réutilisation après 10 heures pour l'usine Aet 5 heures pour l'usine B de recirculation par OI à 50 °C, afin d'éviter la croissance de bactéries sporulées thermorésistantes. En parallèle, nous avons démontré que l'utilisation d'eaux blanches concentrées et pasteurisées en production fromagère augmente le rendement et l'humidité des fromages modèles. Cependant, la substitution de plus de 50 % de la quantité de lait de fromagerie par des concentrés d'eaux blanches pasteurisés a ralentie la cinétique de coagulation de caillés. L'humidité excessive des fromages élaborés à partir de concentrés d'eaux blanches, a été corrélée à une modification de l'équilibre soluble-colloïdal des minéraux et des protéines, notamment ceux du calcium et des caséines. Finalement, et selon l’étude économique réalisée, une usine laitière devra générer un minimum de 200 m³ d'eaux blanches par jour contenant 0,5 % de solides totaux pour que l’investissement lié à l’achat et à l’utilisation d’un système d’OI pour la concentration d’eaux blanches destinée à la fabrication fromagère soit rentabilisé au bout de six mois. / White wastewaters (WW) generated after the first hydraulic flush of dairy equipment have the potential to be use in dairy processing for the valorization of their milk solids content which could have environmental and economic benefits for dairy effluent management. More specifically, WWs used in this project were generated after the rinsing of pasteurizers and had a composition similar to that of diluted milk. Therefore, to recover and reuse these WW,reverse osmosis (RO) was chosen as a suitable technology to generate concentrates of milk solids (retentate) for cheese production and process water (permeate).Thus, different batches of WW generated from two dairy processing plants (plants A and B) were concentrated by RO at 50°C. These WW were first characterized for their physicochemical and microbiological compositions. Subsequently, the evolution of the bacterial load and genera in these WW was determined by metabarcoding after the concentration and recirculation steps by RO for 20h. Finally, the potential for the valorization of these WW was evaluated by the production of model cheeses for which different proportions of WW concentrates were added to the cheese milk mixture. The economic impact of implementing a RO system in a dairy plant to regenerate WW concentrates was also estimated. The results showed that the bacterial profile of WW was different depending on the bacterial environment of the plant and the cleaning in place (CIP) applied procedure. More specifically, psychrotrophic bacteria were dominant in WW generated by plant A and thermophilic bacteria in those generated by plant B. The bacterial profile of these WW limited their reuse after 10 hours for the plant A and 5 hours for the plant B of recirculation at 50ᵒC by RO, to avoid the growth of thermoresistant spore-forming bacteria. In parallel, we demonstrated that the use of concentrated and pasteurized WW in the production of model cheese increases their yield and moisture compared to control cheeses. However, the substitution of more than 50% of the quantity of cheese milk with pasteurized WW concentrates decreased the coagulation kinetics of curds. The excessive humidity of the cheeses generated from WW concentrates was correlated with modifying of the soluble colloidal balance of minerals and proteins, especially of calcium and caseins. Finally, and according to the economic study carried out, a dairy plant will have to generate a minimum of 200m³ of white water per day containing 0.5% of total solids so that the investment related to the purchase and use of an RO system for the concentration of white water for cheese production will be profitable within six months.

L’objectif de la recherche proposée dans cette thèse est d’apporter une meilleure compréhension au mécanisme de la torréfaction de la biomasse et de proposer des méthodes pratiques afin d’améliorer l’efficacité de ce processus. Quant au mécanisme, la torréfaction de deux échantillons de biomasse lignocellulosique des forêts du Québec (le faux-tremble et le bouleau) et leurs constituants principaux tels que la lignine, la cellulose et l’hémicellulose est étudiée en détail en utilisant différentes techniques expérimentales et un modèle cinétique a été développé pour décrire la cinétique de leur torréfaction. Notre étude sur le mécanisme et la cinétique de torréfaction de la biomasse révèle également une faible vitesse de torréfaction de la biomasse, ce qui nous a motivés à proposer et développer une nouvelle méthode de torréfaction impliquant des liquides ioniques dans le but de stimuler la vitesse de torréfaction de la biomasse. Bien que la torréfaction améliore les propriétés physicochimiques de la biomasse en tant que combustible, la production d’hydrocarbures oxygénés (sous forme de volatils) de la biomasse lors de la torréfaction réduit son énergie globale. Dans le but de récupérer l’énergie des volatils, une nouvelle combinaison de la torréfaction de la biomasse et de la combustion des volatils dans une boucle chimique de combustion (Chemical Looping Combustion) a été étudiée dans cette thèse. À cet effet, les minéraux ultramafiques abondants et préalablement broyés, largement disponibles dans la province de Québec, ont été testés en tant que transporteurs solides d’oxygène conduisant à près de 96% de conversion des volatils à 700°C dans un réacteur CLC. Comme travail supplémentaire, nous étions également intéressé à explorer l’application potentielle des résidus miniers contenant une quantité considérable de fer pour le craquage catalytique de goudrons produits pendant les processus de gazéification de la biomasse. À cet effet, le potentiel de deux résidus miniers et des minéraux renfermant du fer obtenus de diverses activités minières au Québec a été comparé à celui de l’olivine (connu comme minéral actif pour le craquage du goudron). / The aim of the proposed research was to provide a better understanding of the mechanisms of biomass torrefaction and to propose practical methods to improve the efficiency of this process. As for the mechanism, torrefaction of two woody biomass samples from Quebec forests (aspen and birch) and their main constituents, i.e., lignin, cellulose and hemicellulose is studied in details using different experimental techniques and a kinetic model is developed for their torrefaction. Our studies on the mechanism and kinetics of biomass torrefaction also revealed the slow rate of biomass torrefaction which motivated us to propose and develop a new ionic-liquid assisted torrefaction process with the aim of increasing the rate of biomass torrefaction. Although torrefaction improves the physicochemical properties of biomass fuel, release of oxygenated hydrocarbons (in the form of volatiles) from biomass reduces its overall energy. To recover volatiles energy, a new combination of biomass torrefaction and chemical looping volatiles combustion was studied. In this regard, the already comminuted, abundant and cheap iron and magnesium bearing silicate minerals found widely in the form of mining residues in the province of Quebec were tested as solid oxygen carrier and up to 96% of volatiles conversion at 700°C was achieved in CLC reactor. As a supplementary work, we were also interested to explore the potential of mining residues containing sizeable quantities of iron for catalytic cracking of tar released during the gasification of biomass. For this purpose, iron-bearing mining residues and minerals obtained from the mining activities in Quebec were evaluated comparatively to olivine (known as an active mineral for tar cracking) for benzene cracking in simulated syngas. It was found that chrysotile showed up to four-fold increase in benzene and methane conversion than olivine.

Les eaux blanches issues du rinçage à l'eau des équipements utilisés en industries laitières présentent un potentiel de valorisation en lien avec leur teneur en solides du lait permettant ainsi de diminuer les impacts environnementaux et économiques liés à la gestion des effluents laitiers. Plus spécifiquement, les eaux blanches, utilisées dans le cadre de ce projet ont été générées à la suite du rinçage d'un pasteurisateur, avaient une composition similaire à celle du lait dilué. De ce fait, dans une optique de récupération et de réutilisation de ces eaux blanches, l'osmose inverse (OI) a été choisie comme technologie permettant de produire un concentré de solides du lait réutilisable en production fromagère (rétentat) et de l'eau de procédé (perméat). Ainsi, les différents lots d'eaux blanches provenant de deux usines de transformation du lait(usines A et B) ont été concentrés par OI à 50 °C. Ces eaux blanches ont tout d'abord été caractérisées pour leur composition physico-chimique et microbiologique. Par la suite, l'évolution de la charge et des genres bactériens composant les eaux blanches et les concentrés, a été déterminée par approche méta-taxinomique à la suite des étapes de concentration et de recirculation des eaux blanches par OI à 50 °C pendant 20 h. Finalement, le potentiel de valorisation des eaux blanches a été évalué lors de la production de fromages modèles pour lesquels différentes proportions de concentrés d'eaux blanches intégrées dans le mélange de lait fromager ont été étudiés. De même, l'impact économique de la mise en œuvre d'un système d'OI dans une usine laitière permettant de régénérer des concentrés d'eaux blanches a été estimé. Les résultats ont montré que le profil bactérien des eaux blanches était différent en fonction de l'environnement de l'usine et des séquences de nettoyage en place (CIP) mises en place. Plus spécifiquement, les bactéries psychrotrophes étaient dominantes dans les eaux blanches générées par l'usine A et les thermophiles dans celles générées par l'usine B. La composition microbiologique des eaux blanches limitait leur réutilisation après 10 heures pour l'usine A et 5 heures pour l'usine B de recirculation par OI à 50 °C, afin d'éviter la croissance de bactéries sporulées thermorésistantes. En parallèle, nous avons démontré que l'utilisation d'eaux blanches concentrées et pasteurisées en production fromagère augmente le rendement et l'humidité des fromages modèles. Cependant, la substitution de plus de 50 % de la quantité de lait de fromagerie par des concentrés d'eaux blanches pasteurisés a ralentie la cinétique de coagulation de caillés. L'humidité excessive des fromages élaborés à partir de concentrés d'eaux blanches, a été corrélée à une modification de l'équilibre soluble-colloïdal des minéraux et des protéines, notamment ceux du calcium et des caséines. Finalement, et selon l'étude économique réalisée, une usine laitière devra générer un minimum de 200 m³ d'eaux blanches par jour contenant 0,5 % de solides totaux pour que l'investissement lié à l'achat et à l'utilisation d'un système d'OI pour la concentration d'eaux blanches destinée à la fabrication fromagère soit rentabilisé au bout de six mois. / White wastewaters (WW) generated after the first hydraulic flush of dairy equipment have the potential to be use in dairy processing for the valorization of their milk solids content which could have environmental and economic benefits for dairy effluent management. More specifically, WWs used in this project were generated after the rinsing of pasteurizers and had a composition similar to that of diluted milk. Therefore, to recover and reuse these WW, reverse osmosis (RO) was chosen as a suitable technology to generate concentrates of milk solids (retentate) for cheese production and process water (permeate). Thus, different batches of WW generated from two dairy processing plants (plants A and B) were concentrated by RO at 50°C. These WW were first characterized for their physicochemical and microbiological compositions. Subsequently, the evolution of the bacterial load and genera in these WW was determined by metabarcoding after the concentration and recirculation steps by RO for 20h. Finally, the potential for the valorization of these WW was evaluated by the production of model cheeses for which different proportions of WW concentrates were added to the cheese milk mixture. The economic impact of implementing a RO system in a dairy plant to regenerate WW concentrates was also estimated. The results showed that the bacterial profile of WW was different depending on the bacterial environment of the plant and the cleaning in place (CIP) applied procedure. More specifically, psychrotrophic bacteria were dominant in WW generated by plant A and thermophilic bacteria in those generated by plant B. The bacterial profile of these WW limited their reuse after 10 hours for the plant A and 5 hours for the plant B of recirculation at 50ᵒC by RO, to avoid the growth of thermoresistant spore-forming bacteria. In parallel, we demonstrated that the use of concentrated and pasteurized WW in the production of model cheese increases their yield and moisture compared to control cheeses. However, the substitution of more than 50% of the quantity of cheese milk with pasteurized WW concentrates decreased the coagulation kinetics of curds. The excessive humidity of the cheeses generated from WW concentrates was correlated with modifying of the soluble colloidal balance of minerals and proteins, especially of calcium and caseins. Finally, and according to the economic study carried out, a dairy plant will have to generate a minimum of 200m³ of white water per day containing 0.5% of total solids so that the investment related to the purchase and use of an RO system for the concentration of white water for cheese production will be profitable within six months.