Ce travail de thèse s'inscrit dans l'effort actuel de construction d'une écologie intégrative. J'y étudie les mécanismes d'interaction entre ressources abiotiques, réseaux trophiques et propriétés des écosystèmes, au moyen d'une expérience d'évolution, d'un modèle de méta-écosystème et d'un modèle bioénergétique d'assemblage d'écosystèmes. Les organismes modifient la disponibilité des ressources en les prélevant pour leur croissance. Inversement, la disponibilité des ressources influence la diversité et la composition en espèces du réseau trophique, en agissant comme force de sélection sur les traits d'acquisition des ressources (chap. 1, 5). Les propriétés de l'écosystème, telles que stabilité et productivité, dérivent des interactions entre la dynamique des ressources et celle du réseau trophique (chap. 2). Enfin, le fonctionnement de l'écosystème rétroagit sur les ressources abiotiques via le recyclage de la biomasse (chap. 2, 5). Ces processus interviennent lors de l'assemblage des réseaux trophiques et structurent le développement des écosystèmes (chap. 3-5). Dans cette thèse j'analyse ces mécanismes de rétroaction biotique-abiotique sur plusieurs échelles d'organisation, d'espace et de temps. Notamment, les modèles développés ici fournissent des outils novateurs pour étudier les mécanismes de construction des écosystèmes, en mettant en évidence les liens entre métabolisme des espèces, structure du réseau trophique et fonctionnement de l'écosystème, et leur variation au cours du temps. Ce travail ouvre de vastes perspectives de recherche en combinant les derniers progrès d'une écologie intégrative dans une conception mécaniste du développement des écosystèmes. / This thesis participates to the current effort towards the construction of an integrative ecology. I study the feedback mechanisms between abiotic resources, food webs and ecosystem properties, through an evolution experiment, a model of metaecosystem, and a bioenergetic ecosystem assembly model. Organisms modify resource availability by consuming them for their growth. Conversely, resource availability influences the species diversity and composition of the food web, by acting as a selection pressure on traits for resource acquisition (chap. 1, 5). Ecosystem properties, such as stability and productivity, derive from the interactions between resource and food web dynamics (chap. 2). Finally, ecosystem functioning feeds back on abiotic resources through the recycling of biomass (chap. 2 and 5). These processes occur during the food web assembly and drive the development of ecosystems (chap. 3-5). In this thesis I analyze these biotic-abiotic feedback mechanisms on several scales of organization, space and time. The models developed here provide innovative tools to study the mechanisms of ecosystem construction by pointing out the links between species metabolism, food web structure and ecosystem functioning, and their variation through time. This work opens wide research perspectives, as it combines the most recent progress of an integrative ecology into a mechanistic framework of ecosystem development.

Le zooplancton est un important fournisseur de composés bioréactifs pour les bactéries par l’excrétion. Cependant, l'interaction entre le zooplancton et la boucle microbienne est mal comprise. Sur la base d'une approche expérimentale, nous déterminons le rôle du zooplancton dans le recyclage de N et du P dans la région d'upwelling du chili et dans le pacifique sud tropical occidental (WTSP). Le DON est le principal produit d’excrétion dans des conditions automne/hiver, et l'ammonium et la DOP au printemps/été dans le centre-sud du chili. En automne/hiver, l'ammonium a été rapidement consomme par la communauté microbienne coïncida avec une augmentation des copies de transcription d'archaeal et bactéries ammonium oxydatrices, alors qu'une communauté microbienne différente, probablement hétérotrophique, a réagi a l’entrée d'azote par excrétion par des copépodes nourris avec une fraction de taille réduite. Au cours du printemps/ete, un changement dans la composition de la communaute bacterienne active a été associe a la réponse du phylum bactérien opportuniste Proteobacteria et Bacteroidetes. Dans le WTSP, les copépodes contribués d'ammonium, de DON et de DOP. L'excrétion de copépodes peut améliorer le processus de reminéralisation et moduler la composition de la communauté bactérienne active, caractérisée par des changements dans Alteromonadales et SAR11. Nous concluons que l'azote et le phosphore excrétés par copépodes peuvent être utilises directement par des communautés microbiennes, y compris des nitrifiants, fournissant de N reminéralisé pour soutenir la production nouvelle et régénérée dans l'océan supérieur des différents écosystèmes marins. / Zooplankton are important suppliers of bioreactive compounds for marine bacteria through fecal pellet production, sloppy feeding and excretion of dissolved compounds. However, the interaction between zooplankton metabolism and microbial loop is poorly understand. Based on experimental approach we determine the role of zooplankton in the recycling of N and P in the central/southern Chile and in western tropical south pacific (WTSP). DON was the main excretion product under autumn/winter conditions, and ammonium and DOP in spring/summer in central/southern Chile. in the autumn/winter ammonium was rapidly consumed by microbial community and this consumption coincided with increased archaea and bacteria ammonia-oxidizing amoA transcript copies in copepods fed with the larger-sized fraction, whereas a different microbial community, probably heterotrophic, reacted to the input by copepods fed with the smaller-sized fraction. During spring/summer a shift in the composition of active bacterial community was associated with the response of common-opportunistic seawater surface phyla, Proteobacteria and Bacteroidetes. In the WTSP, copepods contributed elevated levels of ammonium, DON and DOP. Copepod excretion can enhance the remineralization process and reshape the composition of the active bacterial community, characterized by shifts in Alteromonadales and SAR11. We concluded that N and P excreted by copepods can be used directly by microbial community, including nitrifying ones, providing significant remineralized N for sustaining new and regenerated production in the upper ocean of different marine ecosystems.

Le trafic membranaire est un processus universel qui est essentiel pour la fonction neuronale dans un large spectre de fonctions. De la croissance neuronale et le développement morphologique à la libération des neurotransmetteurs et la plasticité synaptique, il prend en charge l'activité neuronale et donne d'innombrables questions qui animent la recherche sur la neurobiologie d'aujourd'hui. Notamment, l’exocytose des endosomes de recyclage (ER) dans les compartiments somatodendritiques participe à la transmission synaptique et à la potentialisation synaptique à long terme (PLT). Cependant la machine moléculaire sous-tendant l’exocytose des ER reste encore méconnue. Afin d’identifier les protéines SNAREs vésiculaires (v-SNARE) impliquées dans les différentes formes d’exocytose des ER postsynaptiques, nous avons d'abord imagé les protéines VAMP neuronales fusionnées avec la pHluorine, une GFP mutée sensible au pH dans les neurones de l’hippocampe en culture. Nous avons constaté que seulement VAMP2 et VAMP4, mais pas VAMP7, rapportaient des événements d’exocytose somatodendritique dans les neurones matures. Après avoir identifié ces deux protéines candidates, nous avons utilisé la combinaison de différentes techniques de régulation négative chronique ou aiguë pour désactiver leur fonction et observer les conséquences sur l’exocytose des ER, la transmission synaptique basale ou la PLT. Nos résultats suggèrent que VAMP2 est impliqué dans une forme d’exocytose régulée importante pour la PLT, mais pas l’exocytose constitutive des récepteurs AMPA, qui stabilise la transmission basale. VAMP4 est nécessaire pour l'exocytose constitutive d'une grande partie des endosomes, mais l'implication fonctionnelle de ces endosomes doit encore être explorée, car la régulation négative de VAMP4 ne modifie pas la transmission basale. / Membrane trafficking is a universal process that is essential for neuronal function in a wide spectrum of applications. From neuronal growth and morphological development to neurotransmitter release and synaptic plasticity, it supports neuronal activity and gives countless questions that drive today’s neurobiology research. Notably, the trafficking of recycling endosomes (REs) in somatodendritic compartments participates in synaptic transmission and plasticity, such as long-term synaptic potentiation (LTP). However, the fusion machinery mediating RE exocytosis is still unclear. To identify the vesicular SNAREs (v-SNAREs) involved in different forms of postsynaptic RE exocytosis, we first imaged neuronal VAMP proteins fused with pH-sensitive pHluorin in cultured hippocampal neurons, and found that only VAMP2 and VAMP4, but not VAMP7, underwent somatodendritic exocytosis in mature neurons. After identifying these two candidate proteins, we used a combination of different downregulation techniques to chronically or acutely deactivate their function and observe consequences on REs exocytosis, basal synaptic transmission and LTP. Our results suggest that VAMP2 is involved in activity-regulated exocytosis important for LTP, but not constitutive postsynaptic AMPARs exocytosis, supporting basal transmission. VAMP4 is required for constitutive exocytosis of at least a large proportion of REs, but the functional implication of these endosomes still need to be explored, as VAMP4 downregulation did not alter basal synaptic transmission.

Le recyclage des enrobés bitumineux fabriqués selon un procédé tiède répond aux exigences du développement durable: il limite l'apport de matériaux neufs, permet la gestion des déchets et réduit la consommation d'énergie. Le recyclage des enrobés date des années 70 ; ce qui a changé depuis, c'est la volonté de pérenniser le recyclage à fort taux, définit ici à plus de 25% d'agrégats d'enrobés (AE). Les AE contiennent une part de bitume qui est valorisable pour ses propriétés viscoélastiques de liant hydrocarboné. Il est ainsi recherché une mobilisation de ce liant vieilli dans le processus de recyclage. L'un des problèmes suspectés lors du couplage recyclage/procédé tiède est le phénomène de double enrobage pouvant impacter la rhéologie du nouveau matériau: le liant de l'AE et le liant d'apport ne se mélangeraient pas totalement du fait de l'abaissement des températures de fabrication et formeraient des couches superposées. Ce phénomène serait la cause de dysfonctionnements mécaniques au niveau de l'enrobé. Il se pose donc la question de la qualité de l'enrobage de surfaces granulaires déjà enrobées et du manque de moyens de caractérisation pour l'observation in situ de l'interface. Dans ce travail de thèse, la qualité d'enrobage des agrégats d'enrobés par un liant d'apport a été évaluée à l'échelle microscopique et macroscopique. Au niveau microscopique, il a été proposé d'utiliser un outil de micro-spectroscopie infrarouge pour évaluer in situ la qualité d'interface entre l'AE et le liant d'apport et suivre la répartition spatiale de ces deux composants au sein d'enrobés de laboratoire. Cela a nécessité un important développement expérimental afin de pouvoir appliquer un accessoire d'imagerie infrarouge aux mélanges complexes que sont les formules d'enrobés bitumineux constitués de différentes fractions granulaires et de liant bitumineux. Il a ainsi été possible, grâce à l'identification préalable de traceurs internes, de suivre la remobilisation partielle du liant vieilli de l'AE. En parallèle, au niveau macroscopique, un protocole d'essai a été développé afin d'évaluer la durabilité des enrobés contenant des forts taux d'AE (50%), notamment des enrobés fabriqués selon un procédé tiède. L'essai actuel de fatigue est l'un des essais qui permet le mieux d'évaluer la durée de vie d'une couche de chaussée. Mais cet essai accéléré est biaisé car le bitume des échantillons testés n'a pas eu le temps de vieillir comme c'est le cas sur une vraie chaussée. Dans ce travail, il a donc été proposé d'ajouter une étape de vieillissement du matériau avant les essais de fatigue, d'orniérage, de tenue à l'eau et de module complexe. Il est supposé que le comportement réel du matériau se situerait entre celui du matériau non vieilli et celui du matériau vieilli. Les principaux résultats obtenus montrent qu'un enrobé tiède contenant un taux élevé d'AE présente de bonnes performances mécaniques excepté qu'il a tendance à être plus sensible à la fatigue qu'une même formulation de matériau fabriqué à chaud ou selon un procédé tiède mais sans ajout AE. / The recycling of asphalt mixtures manufactured with a warm process meets the requirements of sustainable development: it limits the use of new materials, allows waste management and reduces energy consumption. The recycling of asphalt mixtures dates from the 70's. What has changed since that is the will to sustain high rate recycling, defined here by more than 25% of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP). RAP contains a part of bitumen that is recoverable for its viscoelastic properties of asphalt binder. It is thus desired to mobilize this aged binder in the recycling process. One of the suspected problems when coupling recycling and warm process is the phenomenon of double coating that could affect rheological properties of the new material: the RAP binder and the new binder do not would mix completely due to the reduction of processing temperatures and would form superimposed layers. This phenomenon would cause mechanical dysfunctions in the asphalt mixture. This raises the question of the quality of the coating of granular surfaces, previously coated, and lack of characterization tools for in situ observation of the interface. In this thesis work, the quality of coating of RAP by a new binder has been evaluated at the microscopic and macroscopic scales. At the microscopic level, it has been proposed to use infrared micro-spectroscopy tool to evaluate the quality of interface between the RAP and the new binder and to follow the spatial distribution of these two components within mixtures produced in laboratory. To do that, it has been necessary to carry out an important experimental development in order to apply an infrared imaging accessory to complex mixtures that are the bituminous mixtures made of different granular fractions and bituminous binder. It was then possible, based on previous identification of internal tracers, to follow the partial remobilization of RAP aging binder. In parallel, at the macroscopic level, a testing protocol has been developed to evaluate the durability of high rate recycled asphalt mixtures (50% of RAP), including mixes produced in a warm process. The current fatigue test is one of the tests that best evaluate the lifetime of a pavement layer. But this accelerated test is biased because the bitumen of the mixtures tested did not have time to aged, as occurs in the case on a real road. In this work, it was proposed to add an aging step of the material before fatigue test, rutting test, modulus test and moisture damage test. It is assumed that the real behavior of the material would range between that of the unaged material and that of aged material. The main obtained results show that warm mixture asphalt containing high rate of RAP exhibit good mechanical performance, with a trend to be more susceptible to fatigue than a similar hot mixture or a warm mixture without added RAP.

Compte tenu de l'épuisement en cours des ressources naturelles qui ont lieu dans le monde entier, le prix élevé, la forte demande et la pénurie future des ressources minérales primaires pour Mo, Ni et Co, il est extrêmement important de mettre en œuvre le recyclage des métaux/récupération/réutilisation partir des demi-finis produits, sous-produits, des matériaux secondaires et des déchets, y compris les déchets dangereux (ce est à dire des catalyseurs usés, boues minérales). En outre, il est nécessaire d'utiliser des technologies plus efficaces pour récupérer des métaux à partir de déchets/ressources secondaires afin de minimiser les dépenses en capital, l'impact environnemental et de répondre à l'augmentation de la demande de métal. Parmi les différentes ressources secondaires, les catalyseurs usés et les boues minérales générés aux catalyseurs usés usines de recyclage pourrait être une très bonne ressource secondaire, car ils contiennent des concentrations élevées de métaux différents (en particulier Mo, Ni et Co). Par conséquent, ils doivent être considérés comme une ressource et non comme un déchet. Dans notre étude, nous traitons avec le catalyseur, l'oxyde métallique et le recyclage des piles minérales de la plante boues. Ce type de matériau contient de fortes concentrations de métaux différents. Cependant, au mieux de nos connaissances de spéciation, lixiviation et de récupération des propriétés de ce type de matériel n'ont pas été étudiés auparavant. Boues minérales a été minutieusement caractérisée où le pH, La perte au feu (LOI), Toxicité Caractéristique Lixiviation Procédure (TCLP), Diffraction des rayons X (XRD), Microscopie électronique à balayage (SEM) avec dispersion d'énergie des rayons X spectroscopie (EDS), Total Métal Contenu (TMC) et Extraction Séquentielle (SE) ont été effectuées. Sur la base des résultats de la caractérisation des boues minérales, le taux de lixiviation et les rendements de Mo, Ni et Co à partir de l'échantillon de boue minérale ont été quantifiés. Différents réactifs de lixiviation (autonome acides (nitrique, sulfurique et chlorhydrique) et les mélanges d'acides (eau régale (nitrique + chlorhydrique (1:3)), nitrique + sulfurique (1:1) et nitrique + sulfurique + chlorhydrique (2:1:1)) ont été étudiés à changer les paramètres de fonctionnement (solides ratio liquide, le temps de lixiviation et de la température), afin de comprendre les caractéristiques de lixiviation et sélectionnez le réactif de lixiviation approprié qui permet d'atteindre les plus hauts rendements de lixiviation de métal. Acide sulfurique (H2SO4) a été trouvé d'être le produit de lixiviation avec le potentiel de lixiviation des métaux les plus élevés. Les conditions de lixiviation optimales étaient une lixiviation en trois étapes successives, la température de 80°C, le temps de lixiviation 2 h, et S/L rapport 0.25 g L-1. Dans ces conditions, les rendements de lixiviation à partir de notre échantillon de boue minérale a atteint 85.5, 40.5 et 93.8% pour Mo, Ni et Co, respectivement / In view of the on-going depletion of the natural resources taking place worldwide, the high price, high demand and future shortage of the primary mineral resources for Mo, Ni and Co it is extremely important to implement metals recycling/recovery/reuse from semi-finished products, by-products, secondary materials and wastes, including hazardous waste (i.e. spent catalysts, mineral sludges). Furthermore, there is a need to utilize more efficient technologies to recover metals from wastes/secondary resources in order to minimize capital outlay, environmental impact and to respond to the metal increased demand. Among the different secondary resources, spent catalysts and mineral sludges generated at the spent catalysts recycling plants could be a very good secondary resource, as they contain high concentrations of different metals (especially Mo, Ni and Co). Therefore, they should be viewed as a resource, not as a waste. In our study we are dealing with the catalyst, metallic oxide and battery recycling plant mineral sludge. This type of material contains high concentrations of different metals. However, to the best of our knowledge, speciation, leaching and recovery of Mo, Ni and Co from this type of material were not investigated before. Mineral sludge was minutely characterized where pH, Loss On Ignition (LOI), Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Total Metal Content (TMC) and Sequential Extraction (SE) were performed. Based on the mineral sludge characterization results the leaching rate and yields of Mo, Ni and Co from mineral sludge sample were quantified. Different leaching reagents (stand-alone acids (nitric, sulfuric and hydrochloric) and acid mixtures (aqua regia (nitric + hydrochloric (1:3)), nitric + sulfuric (1:1) and nitric + sulfuric + hydrochloric (2:1:1)) were investigated at changing operational parameters (solid to liquid ratio, leaching time and temperature), in order to understand the leaching features and select the suitable leaching reagent which achieves the highest metal leaching yields. Sulfuric acid (H2SO4) was found to be the leachant with the highest metal leaching potential. The optimal leaching conditions were a three stage successive leaching, temperature 80°C, leaching time 2 h and S/L ratio 0.25 g L-1. Under these conditions, the leaching yields from our mineral sludge sample reached 85.5, 40.5 and 93.8% for Mo, Ni and Co, respectively

Les moteurs diesel suralimentés à injection directe ont bénéficié de nombreux progrès en termes de minimisation de consommation et d’émissions. Ils représentent aujourd’hui des processus technologiques de plus en plus complexes, d’où la nécessité d’améliorer et de développer des systèmes de diagnostic pour la détection des défauts de ces moteurs. Cette thèse propose une méthode de diagnostic à base de modèle pour la détection de différents types de défauts : de capteurs, d’actionneurs et des fuites dans la boucle des gaz d’un moteur diesel en n’utilisant que ses capteurs d’origine. L’utilisation de modèles physiques, polynomiaux, statiques et dynamiques permet de calculer des résidus entre les grandeurs mesurées par les capteurs et celles estimées par ces modèles. En présence de défauts, des variations anormales des résidus donnent naissance à des symptômes qui constituent la base de détection de différents types de pannes dans le système. La méthode proposée est implémentée, avec un système de prototypage rapide, et testée sur un moteur diesel à bord d’un véhicule de recherche. Des résultats expérimentaux d’application montrent la détection et le diagnostic, réalisés en temps réel, des différents types de défauts introduits durant les essais / The turbocharged diesel engines with direct injection benefited from numerous progresses in terms of minimization of consumption and emissions. Today, they represent more and more complex technological processes. Therefore, fault detection and diagnosis need to be developed and improved for these engines. This thesis proposes a method of model based diagnosis for the detection of various types of faults like: sensor, actuator faults and leaks in a diesel engine gases path by using only serial production sensors. The use of physical, polynomial, static and dynamic models allows calculating residuals between the sensor signals and their estimates computed by these models. When a fault occurs, abnormal variations of those residuals give birth to symptoms which constitute the base of detection of various breakdown types in the system. The proposed method is implemented, with a rapid prototyping system, and tested on a diesel engine on board a research vehicle. Application experimental results show the detection and the diagnosis, performed in real lime, of various types of faults introduced during the tests

Cette thèse présente une étude physico-chimique concernant le traitement d’eaux contaminées par des cations métalliques en utilisant la coacervation complexe et la régénération des réactifs. Cette recherche a été menée afin d’évaluer les bénéfices de la coacervation par rapport à l’approche traditionnelle de la combinaison de la complexion métallique par des polymères avec leur séparation par ultrafiltration. Après un premier chapitre consacré à l’état de l’art, le deuxième concerne l’étude de la combinaison de deux poly-électrolytes complémentaires, l’acide polyacrylique et la poly-éthylèneimine, pour optimiser l’élimination simultanée de cations mono et divalents en un nombre réduit d’étapes. L’ordre d’addition des réactifs s’est avéré primordial sur la qualité et l’aisance de la séparation. L’action de la séparation la plus efficace a été obtenue lorsque la poly-éthylèneimine vient parachever la neutralisation du complexe métal polyacrylate. Cette séparation peut alors être facilement obtenue par voie gravitaire, mais l’ultrafiltration des surnageants améliore significativement l’élimination d’espèces colloïdales du plomb et du cadmium. Le troisième chapitre présente la première partie du traitement des boues métalliques qui vise à favoriser le recyclage des métaux et la réutilisation des poly-électrolytes. Dans cette partie, la séparation des métaux a été étudié par électrolyse et par précipitation sélective à l’aide du sulfure de fer. L’électrolyse en milieu acide, s’est avérée la méthode la plus favorable au recyclage du métal et à la récupération des poly-électrolytes. Le dernier chapitre concerne la séparation des deux poly-électrolytes en vue de leur réutilisation comme réactif de traitement, car il a été démontré que le traitement des métaux dans les solutions contaminées est bien meilleur lorsque les deux poly-électrolytes sont ajoutés de manière espacée. Un traitement par précipitation sélective du polyacrylate de sodium avec l’acétone a été comparé avec la séparation par ultrafiltration. Tandis que le premier s’est avéré efficace, mais polluant, le second n’a pas permis de trouver des conditions favorables à la séparation des deux poly-électrolytes. / This thesis presents physicochemical study devoted to treatment of aqueous solutions contaminated by metal cations using complex coacervation and recovery of reactants. The aim of this research study was to assess the benefits of coacervation with respect to the usual approach that involves the combination of metal complexation with polymers and their removal from solutions by ultrafiltration. The first part was devoted to the state of the art, the second on reports the study concerning the combination of two complementary polyelectrolytes, the polyacrylic acid and polyethyleneimine, in order to optimize the simultaneous removal of mono and divalent cations in a reduced number of steps. The order of addition was of main importance on the quality and the easiness of separation. The most effective separation was obtained when the polyethyleneimine was used to end the charge neutralization of the metal polyacrylate complex. In this conditions, a gravy separation may be carried easily, but the ultrafiltration of supernatant solutions significantly improved the removal of Pb-and colloidal species colloidal species. The third chapter presents the first step of the sludge treatment which aims at encouraging the recycling of metals and reuse of polyelectrolytes. In this part, electrolysis and selective precipitation using iron sulphide were assessed to remove metals. The the most favorable method for metal recycling and polyelectrolyte reuse was electrolysis in moderately acid conditions. The last part reports a study for the separation of polyacrylic acid and poly ethyleneimine from the free metal sludges as it was shown that the removal of metal contamined solutions was much more effective when the polyelectrolytes are added separately. Polyelectrolytes separation was compared using acetone for the polyacrylate precipitation and ultrafiltration.Whereas the former method was effective, but not green, the latter was not found compatible with the selective separation of the polyelectrolytes

Dans le contexte actuel, l’approvisionnement en terres rares est un enjeu capital, et le recyclage des déchets produits par les sociétés industrialisées apparaît comme une solution extrêmement pertinente d’un point de vue écologique. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux aimants permanents Nd-Fe-B, car ils constituent un gisement potentiel important pour le néodyme, mais aussi pour le dysprosium et le praséodyme, éléments également critiques. Plus précisément, les aimants présents au sein des disques durs d’ordinateur ont été étudiés en vue de leur recyclage. L’intérêt est donc de mettre en place des solutions permettant le retraitement et la valorisation de ces aimants, présentant non seulement un impact environnemental faible, mais également un coût bas. Nous avons décidé de nous intéresser au traitement hydrothermal des aimants permanents Nd-Fe-B en vue de leur recyclage. L’étude du traitement thermique des aimants Nd-Fe-B en présence d’une solution saline pour des températures avoisinant les 225°C, permet la mise en évidence d’une dégradation complète du matériau. La poudre récupérée à l’issue du procédé est donc constituée de cristaux octaédriques, correspondant à la magnétite, et de cristaux aciculaires correspondant aux hydroxydes de néodyme, mais également aux différentes terres rares présentes en tant que dopants dans la phase intergranulaire. A l’issue du traitement hydrothermal, les fragments de revêtement peuvent être retirés par tamisage, en raison de leur dimension millimétrique, et les ocydes de fer séparés des hydroxydes de terres rares par séparation magnétique. Afin de valoriser les aimants Nd-Fe-B comme matière première magnétique permettant la fabrication de nouveaux aimants permanents, le broyage a également été envisagé. Des échantillons d’alliage Nd2Fe14B ont été broyés à haute énergie sous atmosphère protectrice, et nous avons réalisé l’étude microstructurale et magnétique de ces poudres. Les échantillons ont été analysés par magnétométrie SQUID, par spectrométrie Mössbauer, ainsi que par Sonde Atomique Tomographique. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence un phénomène couplé de décomposition et de nanostructuration à l’échelle moléculaire de la phase Nd2Fe14B. L’ensemble de ce travail a donc permis d’étudier le comportement et les transformations des aimants Nd-Fe-B au cours de deux procédés très différents : le traitement hydrothermal et le broyage mécanique. Les résultats obtenus lors du traitement hydrothermal sont très prometteurs en vue du recyclage des terres rares à grande échelle. / Rare earth supplying is a very current topic, linked to the rare earth crisis of 2010. « Urban mining » is a promising path for recycling rare earths included in waste daily generated by industralized countries. In this work, we focus on recycling Nd-Fe-B permanent magnets, because they are a very interesting deposit for Neodymium, but also for Dysprosium and Praseodymium. More precisely, permanent magnets included in hard disks drives have been considered. The objective of this work is to set up environmentally friendly and low cost recycling processes for rare earths. First, we investigated hydrothermal treatment of Nd-Fe-B permanent magnets, We developed a new and environmentally friendly approach for recycling Ni−Cu coated Nd-Fe−B permanent magnets included in computer hard disk drives. In a closed reactor, the coated magnets are heated at 250 °C in water mixed with sodium chloride for up to 18 h. First, the hydrothermal treatment induces the removal of the metallic coating that can be recovered by sieving. Then, the Nd-rich phase reacts with water, leading to the formation of Nd(OH)3. Atomic hydrogen is absorbed by the Nd2Fe14B phase, leading to the formation of Nd2Fe14BHx. The volume expansion of the intergranular phase, in relation to the formation of Nd(OH)3, together with the lattice expansion of the Nd2Fe14BHx phase causes the disintegration of the magnets. Finally, Nd2Fe14BHx is oxidized by water into Fe3O4 and Nd(OH)3. The Nd(OH)3 crystals can be isolated from the Fe3O4 crystals by magnetic separation. This process is thus an easy way to extract rare earths from permanent magnets found in WEEE. It uses green chemistry design principles and can be applied to large amounts of magnetic wastes. Mechanical milling of Nd-Fe-B permanent magnets has also been investigated, and, in the study presented here, the milling effect on the magnetic properties of the Nd2Fe14B intermetallic was investigated using SQUID measurements, Mössbauer spectrometry and atom probe tomography (APT). Mechanical milling of the Nd2Fe14B alloy leads to its decomposition and its nanostructuration. This transformation induces first the formation of an amorphous, disordered phase Nd-Fe-B, with an enrichment in Neodymium; then to the formation of a mixture of -Fe and Nd-rich regions. The corresponding microstructure is very characteristic, with the formation of pure iron particles, with a hundred of nanometers in size, surrounded by an amorphous shell enriched in Neodymium and in Boron. Finally, intermixing of these phases is observed. Thanks to this work, we determine the behavior and the transformations of Nd-Fe-B permanent magnets during two very different processes: hydrothermal treatment and mechanical milling. Results obtained with hydrothermal treatment are very promising for recycling rare earths at the industrial scale.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Au cours des dernières années, de nombreux pays ont engagé des expériences et mis des efforts pour trouver une meilleure solution afin d'améliorer leur gestion des déchets solides municipaux (DSM). De multiples initiatives en gestion des municipalités dans les pays en développement (FED) avaient été étudiées, notamment celles prises par les grands organismes internationaux de développement, les bailleurs de fonds et les organisations professionnelles dans le domaine de la gestion environnementale. Jusqu'à présent, la gestion intégrée représente une approche innovatrice pour améliorer la gestion de l'environnement et des services urbains (GESU), y inclus la gestion des DSM, dans ces PED. Pourtant, cette approche ne demeure pas la seule à être appliquée dans tous les contextes, et elle a besoin d'être certainement approfondie avant son application. Dans cette optique, la gestion intégrée constitue le centre de nos préoccupations alors que les déchets solides municipaux demeurent l'objet de notre recherche. Au plan théorique, notre démarche vise à dégager et à saisir les éléments d'une approche intégrée dans la GESU afin de l'approfondir dans la connaissance de la gestion des déchets. Au plan pratique, notre recherche souhaite mettre en lumière l'approche intégrée dans la gestion des DSM dans un contexte précis, soit le cas de Hanoi. Cette démarche permet de démontrer les points forts et points faibles de la gestion actuelle des DSM de Hanoi. Ce faisant, elle a pour but d'engager une meilleure gestion. La présentation de la recherche est organisée comme suit : au premier chapitre, 1'introduction présente une vue globale de la recherche comprenant trois articles qui seront éventuellement publiés dans trois revues professionnelles concernant le domaine de la gestion environnementale. Le Chapitre 2 traite de la problématique de la recherche visant une présentation des enjeux urbains dans lesquels la gestion des DSM demeure critique pour les PED. Une revue de littérature sera fournie avec les questions préliminaires et les objectifs de recherche. Le Chapitre 3 comporte les éléments théoriques entourant les concepts du développement durable, de la gestion de l'environnemental urbain, et de la gestion des DSM, ainsi que les éléments pratiques incluant les stratégies mondiales proposées par des grands organismes internationaux pour la gestion des DSM. Tout ceci vise à illustrer l'approche intégrée dans la gestion des DSM. La méthodologie de recherche se trouve dans le Chapitre 4 pour présenter l'approche des études de cas, l'argumentation du choix des trois thèmes de recherche ainsi que les liens entre eux. Ce chapitre présente aussi la grille d'analyse des données collectées ainsi que les méthodes de recherche sur le terrain. Les résultats de ces trois thèmes de recherche sont présentés sous formes d'articles au chapitre 5. Les trois thèmes qui constituent le corps principal de la thèse sont : Le cadre politique dans la gestion des DSM - rapproche "imposer et contrôler" ; Les activités informelles de recyclage dans l'économie des déchets - rapproche économique; et La participation de la société civile dans la gestion des déchets : rapproche participative. Finalement, la synthèse des résultats, les conclusions et recommandations se trouveront dans le Chapitre 6.

Ce travail de doctorat est consacré à la production et à la caractérisation de composés polymères à base de matrices thermoplastiques en mélange avec des particules de caoutchoucs recyclés. Les principales applications visées sont: (A) la production d’élastomères thermoplastiques (TPE) à haute teneur (50% et plus) en poudrette de caoutchouc de pneus usés (GTR); et (B) l’amélioration de la résistance à l’impact des composites thermoplastiques avec de faibles concentrations en GTR. Dans la première partie de ce travail, du polyéthylène maléaté (MAPE) a été utilisé comme matrice pour produire des mélanges MAPE/GTR présentant d'excellentes caractéristiques en tant qu’élastomère thermoplastique. Puis, les effets de différents mécanismes de dégradation (humidité, chaleur et recyclage) sur les propriétés des composites MAPE/GTR ont été largement examinés afin d’évaluer le potentiel de ces matériaux après plusieurs cycles d’utilisation. Enfin, le renforcement des TPE/GTR par différentes particules solides (poudre de bois et talc) a été étudié pour des applications plus exigeantes (caractéristiques mécaniques). Dans la seconde partie de ce travail, une nouvelle approche est proposée pour la modification de la résistance aux chocs des composites à base de polypropylène renforcé par des charges organique (chanvre) et inorganiques (talc, verre). L’amélioration des propriétés à l'impact de ces composites a été réalisée par l’addition d’un mélange à base de polypropylène maléaté (MAPP) et de poudrette de caoutchouc (GTR et déchets d’EPDM) contenant des concentrations élevées (jusqu’à 70% en poids) de déchets caoutchoutiques. / This Ph.D. work is devoted to the production and characterization of polymer compounds based on thermoplastic matrix filled with waste rubber powder. The main applications include: (A) the production of thermoplastic elastomer (TPE) resins containing high ground tire rubber (GTR) contents (50% and higher), and (B) impact modification of thermoplastic composites using low concentrations of GTR. In the first part of the work, maleated polyethylene (MAPE) is proposed as a matrix to produce MAPE/GTR blends having excellent characteristics as thermoplastic elastomers. Then, the effects of different degradation mechanisms (weathering, thermal degradation and reprocessing) on the properties of MAPE/GTR compounds were extensively investigated to determine their potential for further recycling. Finally, the reinforcement of GTR filled TPE was investigated using different types of solid particles (wood flour and talc) for more demanding applications (mechanical characteristics). In the second part of the work, a new approach is proposed for impact modification of polypropylene based composites based on organic (hemp) and inorganic (talc and glass) reinforcements. The effective improvement of the impact properties of these composites is performed through the addition of a masterbatch based on maleated polypropylene (MAPP)/waste rubber powder (GTR or waste EPDM) containing high concentrations (70% by weight) of waste rubber.