Tesi sul tema "Énergie de la biomasse – Environnement"

Le but de cette thèse est de conduire l’analyse environnementale et économique de plusieurs filières bois-énergie basée sur des technologies de combustion variées. Les bilans matière et énergie des filières s’appuient sur des modèles de croissance de la forêt, et sur des modèles de combustion basés sur les émissions de poêles et chaudières en conditions réelles. La croissance de la forêt est simulée pour le pin des Landes et le hêtre de Lorraine selon plusieurs itinéraires de gestion sylvicole. Les étapes de récolte, transformation, et transport, ainsi que les données économiques sont basées sur des données de la littérature L’analyse environnementale compare les impacts calculés selon deux méthodes : ReCiPe et CML 2001. Une analyse dynamique de l’impact « Changement Climatique » complète la discussion sur les impacts environnementaux du bois-énergie. Enfin, une perspective plus large est ouverte avec une modélisation de l’usage des terres et des coûts de production de biomasse-énergie à l’échelle globale. Les résultats de l’Analyse de Cycle de Vie montrent l’importance à la fois de la qualité de la combustion (et donc de la technologie) et des étapes de transformation et de transport de la biomasse. Par exemple, les poêles et chaudières à granulés bénéficient de très bons rendements énergétiques mais sont handicapés par l’étape de séchage de la biomasse, qui consomme des énergies fossiles. Ces équipements sont également beaucoup plus onéreux à installer que les poêles et chaudières à bûches. L’analyse dynamique montre que l’intensification des itinéraires forestiers par raccourcissement des cycles de croissance entraîne un impact supplémentaire qui n’est pas tout à fait compensé par l’augmentation de production des plantations
The objective of this thesis is to conduct the environmental and economic analysis of several wood-to-energy production chains based on various wood combustion technologies. The material and energy balances of the production chains are determined with modeling of forest growth and of wood combustion. The wood combustion models use the emission factors from real-scale experimental tests on stoves and boilers. Forest growth is modeled for maritime pine and beech plantations, according to several forest management schemes. The data on the harvest, transformation, and transport steps, as well as the economic data, were taken from the literature. The environmental analysis compares the impacts calculated by two methods: ReCiPe and CML 2001. A dynamic analysis of the “climate change” impact complements the discussion on the environmental impacts of energy wood. Finally, we open a broader perspective with modeling of land use and production costs of bioenergy on a global scale. The results of the Life Cycle Analysis show the importance of both combustion quality (linked to combustion technology), and the transformation and transport steps. For instance, pellet stoves and boilers have excellent efficiencies, but suffer from the consumption of fossil fuels to dry the biomass. These technologies are also much more expensive to buy than log stoves or boilers. The dynamic analysis shows that the intensification of wood production via the shortening of growth cycles leads to higher impacts that are not completely offset by the higher production rate

Le but de cette thèse est de conduire l’analyse environnementale et économique de plusieurs filières bois-énergie basée sur des technologies de combustion variées. Les bilans matière et énergie des filières s’appuient sur des modèles de croissance de la forêt, et sur des modèles de combustion basés sur les émissions de poêles et chaudières en conditions réelles. La croissance de la forêt est simulée pour le pin des Landes et le hêtre de Lorraine selon plusieurs itinéraires de gestion sylvicole. Les étapes de récolte, transformation, et transport, ainsi que les données économiques sont basées sur des données de la littérature L’analyse environnementale compare les impacts calculés selon deux méthodes : ReCiPe et CML 2001. Une analyse dynamique de l’impact « Changement Climatique » complète la discussion sur les impacts environnementaux du bois-énergie. Enfin, une perspective plus large est ouverte avec une modélisation de l’usage des terres et des coûts de production de biomasse-énergie à l’échelle globale. Les résultats de l’Analyse de Cycle de Vie montrent l’importance à la fois de la qualité de la combustion (et donc de la technologie) et des étapes de transformation et de transport de la biomasse. Par exemple, les poêles et chaudières à granulés bénéficient de très bons rendements énergétiques mais sont handicapés par l’étape de séchage de la biomasse, qui consomme des énergies fossiles. Ces équipements sont également beaucoup plus onéreux à installer que les poêles et chaudières à bûches. L’analyse dynamique montre que l’intensification des itinéraires forestiers par raccourcissement des cycles de croissance entraîne un impact supplémentaire qui n’est pas tout à fait compensé par l’augmentation de production des plantations
The objective of this thesis is to conduct the environmental and economic analysis of several wood-to-energy production chains based on various wood combustion technologies. The material and energy balances of the production chains are determined with modeling of forest growth and of wood combustion. The wood combustion models use the emission factors from real-scale experimental tests on stoves and boilers. Forest growth is modeled for maritime pine and beech plantations, according to several forest management schemes. The data on the harvest, transformation, and transport steps, as well as the economic data, were taken from the literature. The environmental analysis compares the impacts calculated by two methods: ReCiPe and CML 2001. A dynamic analysis of the “climate change” impact complements the discussion on the environmental impacts of energy wood. Finally, we open a broader perspective with modeling of land use and production costs of bioenergy on a global scale. The results of the Life Cycle Analysis show the importance of both combustion quality (linked to combustion technology), and the transformation and transport steps. For instance, pellet stoves and boilers have excellent efficiencies, but suffer from the consumption of fossil fuels to dry the biomass. These technologies are also much more expensive to buy than log stoves or boilers. The dynamic analysis shows that the intensification of wood production via the shortening of growth cycles leads to higher impacts that are not completely offset by the higher production rate

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

Le développement du bois énergie est un des principaux leviers dans la lutte contre le changement climatique. Cependant son utilisation à grande échelle n’est pas sans risque pour l’environnement. Afin de quantifier les impacts environnementaux de la filière bois énergie, nous avons, dans un premier temps, développé un modèle systémique de la filière, depuis la forêt jusqu’à la production d’énergie. Deux technologies ont été considérées pour la co-production d’électricité et de chaleur à partir de biomasse forestière : l’une, traditionnelle, par combustion directe, et l’autre, plus avancée mais moins mature, par gazéification. Dans le cas de la gazéification, nous avons défini les conditions opératoires les plus favorables du procédé en tenant compte des rendements énergétiques et exergétiques ainsi que de la qualité du syngas. Dans un deuxième temps, nous avons calculé les flux de carbone et de minéraux exportés lors de la récolte du bois ainsi que le nombre d’hectares requis, puis les ressources et rejets liées au fonctionnement des centrales biomasses. Nous avons noté qu’une intensification des pratiques sylvicoles résultait en une augmentation des exportations de minéraux. Enfin, nous avons évalué les performances environnementales des deux filières à l’aide d’une Analyse de Cycle de Vie (ACV). Dans le contexte énergétique français, les deux systèmes offrent des performances très similaires, avec un léger avantage à la combustion. Du point de vue du changement climatique, il serait plus particulièrement bénéfique de développer ces procédés biomasse afin de remplacer les technologies de production d’énergie basées sur les combustibles fossiles
Biomass is one of the most promising renewable energy source in Europe. Its use as a substitute to fossil energy is expected to mitigate climate change. However, potential drawbacks are also feared with large scale development. In order to assess the environmental impacts of the biomass-to-energy chain, we firstly developed a model of the bioenergy system, from the forest to the energy production. We focused on two biomass power plants for combined heat and power (CHP) production: one is based on the conventional direct combustion process while the other is based on the more advanced gasification process. Gasification offers higher electrical efficiency, but its development is still facing technical difficulties. In case of the gasification process, we defined the best operating conditions regarding energetic and exergetic efficiencies, as well as the syngas quality requirements. Secondly, we calculated the carbon and mineral flows taken from the forest through energy wood harvesting, along with the forested area required to feed the CHP plant. The other resources and emissions related to the plant operation were also predicted. We observed that more extensive forestry practices led to an increase in the mineral exports. Finally, we evaluated the environmental performance of the two biomass CHP plants using life cycle assessment (LCA). Within French energy context, we found that both CHP technologies had very similar impacts with a slight advantage toward the combustion process. It appears of particular benefit to replace current fossil energy systems with biomass CHP plants to reduce climate change

La filière forêt-bois est un secteur stratégique pour l’atténuation des changements climatiques, notamment grâce à la production du bois-énergie. Toutefois, les récoltes intensives de biomasse peuvent induire à une perte de fertilité des sols forestiers sur le long terme. Le travail de thèse s’articule autour de la durabilité de la récolte de bois-énergie avec (1) un volet environnemental, qui concerne la quantification des retours d’éléments minéraux via la lixiviation pendant la phase de réessuyage, la caractérisation de la biomasse exportée ainsi que l’évaluation des bois morts au sol (2) un volet économique avec une évaluation des impacts économiques d’une potentielle baisse de productivité et leur mise en relief avec les choix possibles de coupe et de traitement sylvicoles.Le réessuyage des arbres s'est avéré insatisfaisant pour un retour optimal de nutriments contenus dans les feuilles et brindilles. Plus de la moitié de nutriments reste exportée de la forêt après trois mois de réessuyage. Les volumes de bois morts permettant de maintenir la fertilité des forêts et leur biodiversité étaient faibles (<10 %) et en deçà des recommandations actuelles. Le risque de baisse de productivité sur le long terme est donc très élevé par rapport aux pratiques étudiées.D’un point de vue économique, la récolte par arbres entiers améliore la rentabilité de la forêt de 40 % en moyenne par rapport à une récolte conventionnelle, tandis qu’une baisse potentielle de croissance annuelle des arbres de 3 % en moyenne a conduit à une rentabilité équivalente au système de récolte conventionnelle. Le maintien de niveaux recommandés de résidus au sol (30%) n’affecte pas beaucoup la rentabilité espérée par la récolte totale de bois, -10 % en moyenne.Les propriétaires forestiers doivent être sensibilisés au rôle des résidus de récolte, accompagnés techniquement et financièrement par les gestionnaires et les politiques forestières afin d'assoir durabilité environnemental et économique de l’exploitation de bois sur le long terme
Forest-wood sector is a strategic sector for the mitigation of climate change, in particular through the production of fuelwood. However, the intensive harvesting of biomass can lead to a loss of forest soil fertility in the long term. The thesis work focuses on the sustainability of energy wood harvesting with (1) an environmental component, which concerns the assessment of nutrient returns by leaching during the pre-drying period, the characterization of exported biomass as well as the evaluation of dead wood on the ground (2) an economic component with an assessment of the economic impacts of a potential drop in productivity and their highlighting with the possible choices of cutting and silvicultural treatments.The Pre-drying operation of the trees proved to be unsatisfactory for an optimal return of nutrients contained in leaves and twigs. More than half of the nutrients remain exported from the forest after three months of pre-drying. The volumes of dead wood left on forests to maintain soil fertility and biodiversity were low (<10%) and below current recommendations. The risk of reduced productivity in the long term is therefore very high for the studied practices. From an economic side, whole-tree harvesting improves forest profitability on average by 40% compared to conventional harvesting, while a potential decrease in annual tree growth of 3% on average led to equivalent profitability as for conventional harvesting system. Maintaining recommended levels of ground residue (30%) does not significantly affect the expected profitability of the total wood harvest, -10% on average. Forest owners need to be aware of the role of harvest residues, supported technically and financially by forest managers and policies in order to ensure the environmental and economic sustainability of wood harvesting in the long term

Cette thèse porte sur la place nouvellement attribuée aux énergies renouvelables dans un département français encore largement rural, la Charente-Maritime, alors que commence à se poser, ici comme ailleurs, la question du changement climatique et celle de l'épuisement des énergies fossiles dans un contexte privilégiant de plus en plus la mise en place de mesures de protection de l'environnement. La thèse passe en revue les différentes énergies renouvelables d'ores et déjà produites et utilisées en Charente-Maritime ou dont la mise en œuvre est envisagée (hydroélectricité, solaire, éolien, énergie issue de la biomasse). Plusieurs exemples précis d'exploitations agricoles impliquées dans la production et la consommation de ces nouvelles énergies sont longuement présentés. La thèse s'intéresse également au potentiel de développement de ces énergies, à leurs retombées sur l'environnement et à la façon dont elles sont perçues, tant par les agriculteurs que les élus locaux, les responsables d'associations ou les habitants en général. Il apparaît clairement que la politique de développement des énergies renouvelables actuellement menée en Charente-Maritime est incitative, tout particulièrement en ce qui concerne l'énergie solaire et la biomasse énergie au profit desquelles les aides régionales et départementales sont importantes (mise en œuvre d'une filière locale bois - énergie dans le pays Saintonge Romane). Par contre, l'édification de parcs éoliens est freinée par les pouvoirs publics en raison de leur trop fort impact paysager dans un département à vocation touristique affirmée. La thèse montre, en fin de compte, que le bilan environnemental que l'on peut tirer de toutes ces innovations apparaît mitigé : le recours aux énergies renouvelables réduit un peu la dépendance des campagnes charentaises à l'égard des énergies fossiles, mais l'impact environnemental direct de ces nouvelles sources d'énergie apparaît ambigu et pour le moins contrasté. L'étude, quoique conduite dans un cadre territorial relativement restreint, est néanmoins largement représentative des transformations en cours dans les campagnes françaises, voire européennes, les particularités locales et nationales ayant été clairement soulignées.

L’épuisement des ressources fossiles et la nécessité de réduire les émissions de gaz à effet de serre incitent à rechercher de nouvelles sources d’énergie à la fois renouvelables et moins polluantes. La biomasse, par son abondance, apparaît comme une filière intéressante de remplacement des énergies fossiles et notamment du pétrole. L’objectif de ce travail est d’effectuer une analyse 4E (Energétique, Exergétique, Environnementale et Economique) d’un système de production de l’électricité via la gazéification des déchets de palmiers. Ces derniers constituent l’une des richesses végétales les plus abondantes en Tunisie et qui de nos jours, restent très peu exploitées. Un gazéifieur à lit fixe couplé à un moteur à combustion interne est considéré pour produire 330kW d’électricité. Le rendement de gazéification « Cold Gaz Efficiency » du procédé est de 58,58%. Les résultats montrent que les rendements énergétique et exergétique du système étudié sont de 22,6% et 19,22%, respectivement. Les performances environnementales du système sont évaluées à l’aide d’une Analyse de Cycle de Vie (ACV). L’évaluation économique est réalisée dans le but d’évaluer le coût de production de l’électricité par l’installation de gazéification. Les résultats donnent un coût de 3,88ct€ pour 1kWh
The fossil fuels depletion and the need to reduce greenhouse gas emissions encourage the search for new energy sources that are renewable and less polluting. Thanks to its abundance, biomass appears as an interesting sector of replacement of fossil fuels. The objective of this work is to perform a 4E analysis (Energy, Exergy, Environmental and Economic) of an electricity production system via the gasification of palm waste. Palm watse constitutes one of the most abundant vegetable wealth in Tunisia and which today, remain very little exploited. A fixed bed gasifier coupled to an internal combustion engine is considered to produce330 kW of electricity. The Cold Gas Efficiency of the process is 58.58%. The results show that the energy and exergy yields of the system are 22.6% and 19.22%, respectively. The environmental performance of the system is evaluated using a Life Cycle Assessment (LCA). The economic evaluation is carried out in order to evaluate the cost of electricity production by the gasification plant. The results give a cost of 3.88 ct€ for 1kWh

Cette thèse porte sur la place nouvellement attribuée aux énergies renouvelables dans un département français encore largement rural, la Charente-Maritime, alors que commence à se poser, ici comme ailleurs, la question du changement climatique et celle de l’épuisement des énergies fossiles dans un contexte privilégiant de plus en plus la mise en place de mesures de protection de l’environnement. La thèse passe en revue les différentes énergies renouvelables d’ores et déjà produites et utilisées en Charente-Maritime ou dont la mise en œuvre est envisagée (hydroélectricité, solaire, éolien, énergie issue de la biomasse). Plusieurs exemples précis d’exploitations agricoles impliquées dans la production et la consommation de ces nouvelles énergies sont longuement présentés. La thèse s’intéresse également au potentiel de développement de ces énergies, à leurs retombées sur l’environnement et à la façon dont elles sont perçues, tant par les agriculteurs que les élus locaux, les responsables d’associations ou les habitants en général. Il apparaît clairement que la politique de développement des énergies renouvelables actuellement menée en Charente-Maritime est incitative, tout particulièrement en ce qui concerne l’énergie solaire et la biomasse énergie au profit desquelles les aides régionales et départementales sont importantes (mise en œuvre d’une filière locale bois – énergie dans le pays Saintonge Romane). Par contre, l’édification de parcs éoliens est freinée par les pouvoirs publics en raison de leur trop fort impact paysager dans un département à vocation touristique affirmée. La thèse montre, en fin de compte, que le bilan environnemental que l’on peut tirer de toutes ces innovations apparaît mitigé : le recours aux énergies renouvelables réduit un peu la dépendance des campagnes charentaises à l’égard des énergies fossiles, mais l’impact environnemental direct de ces nouvelles sources d’énergie apparaît ambigu et pour le moins contrasté. L’étude, quoique conduite dans un cadre territorial relativement restreint, est néanmoins largement représentative des transformations en cours dans les campagnes françaises, voire européennes, les particularités locales et nationales ayant été clairement soulignées
This thesis deals with the newly role given to the renewable energies in a still rural French area, The Charente Maritime, while here and there, two issues are at stake : the question of climate change as well as the dramatic decrease of fossil energy stocks, in a period more and more turning towards the implementation of environment protection measures.Our research makes a review of the different renewable energies. Firstly the ones already produced and used in Charente Maritime, secondly the ones whose implementation is planned and eventually those which are in a state of project. (hydroelectric, solar, wind and biomass energies). The thesis is also about the potential of these energies expansion, about their consequences on environment, and in the way farmers, local representatives, association leaders and inhabitants view them.As a conclusion the thesis shows that environment results that we can draw from all these innovations is mixed : while the use of renewable energies reduce a little the dependence of Charentaises countries from fossil energies, the direct environment impact of these new energy sources appears ambiguous and especially contrasted. The study has been made in a quite little geographical area. It is all the same representative of the current changes in the French as well as the European countryside, the local and national specificities having been clearly underlined

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

L’épuisement des ressources fossiles et la nécessité de réduire les émissions de gaz à effet de serre incitent à rechercher de nouvelles sources d’énergie à la fois renouvelables et moins polluantes. La biomasse, par son abondance, apparaît comme une filière intéressante de remplacement des énergies fossiles et notamment du pétrole. L’objectif de ce travail est d’effectuer une analyse 4E (Energétique, Exergétique, Environnementale et Economique) d’un système de production de l’électricité via la gazéification des déchets de palmiers. Ces derniers constituent l’une des richesses végétales les plus abondantes en Tunisie et qui de nos jours, restent très peu exploitées. Un gazéifieur à lit fixe couplé à un moteur à combustion interne est considéré pour produire 330kW d’électricité. Le rendement de gazéification « Cold Gaz Efficiency » du procédé est de 58,58%. Les résultats montrent que les rendements énergétique et exergétique du système étudié sont de 22,6% et 19,22%, respectivement. Les performances environnementales du système sont évaluées à l’aide d’une Analyse de Cycle de Vie (ACV). L’évaluation économique est réalisée dans le but d’évaluer le coût de production de l’électricité par l’installation de gazéification. Les résultats donnent un coût de 3,88ct€ pour 1kWh
The fossil fuels depletion and the need to reduce greenhouse gas emissions encourage the search for new energy sources that are renewable and less polluting. Thanks to its abundance, biomass appears as an interesting sector of replacement of fossil fuels. The objective of this work is to perform a 4E analysis (Energy, Exergy, Environmental and Economic) of an electricity production system via the gasification of palm waste. Palm watse constitutes one of the most abundant vegetable wealth in Tunisia and which today, remain very little exploited. A fixed bed gasifier coupled to an internal combustion engine is considered to produce330 kW of electricity. The Cold Gas Efficiency of the process is 58.58%. The results show that the energy and exergy yields of the system are 22.6% and 19.22%, respectively. The environmental performance of the system is evaluated using a Life Cycle Assessment (LCA). The economic evaluation is carried out in order to evaluate the cost of electricity production by the gasification plant. The results give a cost of 3.88 ct€ for 1kWh

Malgré l'impact économique et les enjeux environnementaux liés à la production d'énergie renouvelable par combustion de la biomasse de canne à sucre, les systèmes de culture canniers ne sont optimisés que pour maximiser la production de sucre. Ce travail contribue à l'élaboration d'un module de simulation de l'évolution des composantes du rendement énergétique (CRE) de la biomasse de canne à sucre qui à terme servira à la conception et l'optimisation de systèmes de culture innovants visant une production multi-usages. Les deux critères retenus dans le cadre de ces systèmes de culture sont les rendements énergétique (MJ m-2) et sucrier (kg m-2). En préalable à la formalisation des dynamiques d'évolution des CRE(fractions anatomiques, structures et lignocelluloses) dans la biomasse de canne à sucre, l'influence de facteurs de variations agro-climatiques sur ces dynamiques d'évolution a du être testé. La vérification de cette hypothèse supposant la collecte massive de données au champ, un modèle proche infrarouge de prédiction des CRE dans la biomasse de canne à sucre a été développé. Ce modèle a permis de quantifier les CRE et de suivre leurs évolutions pour 3 cultivars de canne à sucre (R570, R579 et R585) cultivés dans des environnements contrastés (4 sites) durant deux cycles de culture (vierge et première repousse). Cette étude a révélé des différences significatives entre cycles de culture, sites, cultivars, méthodes coupe et composantes anatomiques pour les CRE et le rendement énergétique. Cependant, lerendement en biomasse aérienne de canne à sucre explique 97% de la variabilité du rendement énergétique à la récolte. La maximisation du rendement en biomasse aérienne s'avère être le principal paramètre à optimiser pour maximiser le rendement énergétique de la production. Toutefois, ces nouveaux objectifs de production peuvent être à l'origine de diminution importantes des rendements en sucre par pertes lors du procédé d'extraction. Ces antagonismes doivent être quantifiés et pris en compte dans l'évaluation de performances de système de culture tant que le sucre sera la principale source de rémunération.

Le développement du bois énergie est un des principaux leviers dans la lutte contre le changement climatique. Cependant son utilisation à grande échelle n’est pas sans risque pour l’environnement. Afin de quantifier les impacts environnementaux de la filière bois énergie, nous avons, dans un premier temps, développé un modèle systémique de la filière, depuis la forêt jusqu’à la production d’énergie. Deux technologies ont été considérées pour la co-production d’électricité et de chaleur à partir de biomasse forestière : l’une, traditionnelle, par combustion directe, et l’autre, plus avancée mais moins mature, par gazéification. Dans le cas de la gazéification, nous avons défini les conditions opératoires les plus favorables du procédé en tenant compte des rendements énergétiques et exergétiques ainsi que de la qualité du syngas. Dans un deuxième temps, nous avons calculé les flux de carbone et de minéraux exportés lors de la récolte du bois ainsi que le nombre d’hectares requis, puis les ressources et rejets liées au fonctionnement des centrales biomasses. Nous avons noté qu’une intensification des pratiques sylvicoles résultait en une augmentation des exportations de minéraux. Enfin, nous avons évalué les performances environnementales des deux filières à l’aide d’une Analyse de Cycle de Vie (ACV). Dans le contexte énergétique français, les deux systèmes offrent des performances très similaires, avec un léger avantage à la combustion. Du point de vue du changement climatique, il serait plus particulièrement bénéfique de développer ces procédés biomasse afin de remplacer les technologies de production d’énergie basées sur les combustibles fossiles
Biomass is one of the most promising renewable energy source in Europe. Its use as a substitute to fossil energy is expected to mitigate climate change. However, potential drawbacks are also feared with large scale development. In order to assess the environmental impacts of the biomass-to-energy chain, we firstly developed a model of the bioenergy system, from the forest to the energy production. We focused on two biomass power plants for combined heat and power (CHP) production: one is based on the conventional direct combustion process while the other is based on the more advanced gasification process. Gasification offers higher electrical efficiency, but its development is still facing technical difficulties. In case of the gasification process, we defined the best operating conditions regarding energetic and exergetic efficiencies, as well as the syngas quality requirements. Secondly, we calculated the carbon and mineral flows taken from the forest through energy wood harvesting, along with the forested area required to feed the CHP plant. The other resources and emissions related to the plant operation were also predicted. We observed that more extensive forestry practices led to an increase in the mineral exports. Finally, we evaluated the environmental performance of the two biomass CHP plants using life cycle assessment (LCA). Within French energy context, we found that both CHP technologies had very similar impacts with a slight advantage toward the combustion process. It appears of particular benefit to replace current fossil energy systems with biomass CHP plants to reduce climate change

Le monde, et en particulier l'Europe, fait face aux effets du changement climatique dus à sa longue dépendance aux combustibles fossiles en reconnaissant la nécessité vitale de s'orienter vers des ressources énergétiques renouvelables. Parmi les énergies renouvelables, la biomasse alimente non seulement la production de bioénergie, mais constitue également une source vitale de biocarbone, utilisé pour créer des molécules à haute valeur ajoutée, en remplacement des produits d'origine fossile. Les lévulinates d'alkyle, dérivés de la biomasse, se distinguent particulièrement par leur potentiel en tant que bio-additifs et biocarburants. La solvolyse acide des sucres hexagonaux de la biomasse semble être une voie de production prometteuse et rentable. Le potentiel du lévulinate d'alkyle s'étend à sa conversion en γ-valérolactone (GVL), un biosolvant prometteur, généralement obtenu par hydrogénation avec hydrogène moléculaire. En plus d'être un réactif clé, l'hydrogène est également un vecteur énergétique prometteur, facilitant l'intégration des sources d'énergie renouvelables sur le marché. Les systèmes de stockage d'énergie à base d'hydrogène soutiennent cette intégration et favorisent la transformation industrielle "verte". Cette thèse porte sur l'étude technologique et l'évaluation de la durabilité d'un système de biotransformation, intégrant la valorisation de la biomasse lignocellulosique, la production d'énergie et la génération d'hydrogène. L'étude comprend des investigations expérimentales, optimisant les technologies pour la production de lévulinate de butyle et son hydrogénation en GVL, ainsi que la simulation et l'évaluation de la durabilité de l'ensemble du procédé. Afin de répondre à la question de la durabilité, la recherche présente une première section axée sur l'étude expérimentale de la technologie optimale pour la production de lévulinate de butyle. La solvolyse de l'hexose Fructose en lévulinate de butyle a été étudiée en termes de conditions optimales de procédé et de modélisation cinétique. Sélectionné le catalyseur hétérogène, l'effet du solvant a été étudié, montrant les avantages de l'utilisation du GVL comme co-solvant, avec le butanol, sur la cinétique de conversion et de dissolution du fructose. Dans ces conditions, la solvolyse en lévulinate de butyle a été étudiée d'un point de vue cinétique, d'abord en proposant un modèle pour la solvolyse du 5-HMF, un intermédiaire dans la voie du fructose, puis en étendant la modélisation à partir du fructose lui-même. Un modèle cinétique robuste, décrivant le mécanisme réactionnel de la solvolyse, a été défini et validé, en particulier dans des conditions de concentration élevée en fructose, et en incluant dans la modélisation la cinétique de dissolution et de dégradation du fructose. Dans la deuxième partie de la recherche, la perspective technologique a été étendue à l'hydrogénation du lévulinate de butyle en GVL. À partir d'une phase de conception, le schéma global du procédé de transformation du fructose en GVL a été défini, simulé et optimisé sur la base du concept d'intensification du procédé. Le procédé a ensuite été intégré dans une étude de cas réelle en Normandie, France, en adaptant l'analyse à la disponibilité locale de la biomasse lignocellulosique et de l'énergie éolienne. L'étude définit une méthodologie pour la conception et l'intégration du système d'approvisionnement en énergie, en évaluant différents scénarios. L'évaluation de la durabilité, basée sur des indicateurs de performance couvrant les dimensions économiques, environnementales et sociales, aboutit à un indice global de durabilité. Les résultats montrent que les scénarios intégrant le système de GVL, l'énergie éolienne et le stockage de l'énergie sous forme d'hydrogène sont prometteurs, car ils démontrent une rentabilité économique élevée et un impact environnemental réduit. Enfin, des analyses de sensibilité valident la robustesse et la fiabilité de la méthodologie
The world is facing the impacts of climate change due to its long dependence on fossil fuels, and specifically Europe, which is facing an energy crisis, has recognized the fragility of its fossil fuel-dependent energy system and has moved strongly towards renewable energy resources. Among renewables, biomass not only powers bio-energy production but also serves as a vital source of bio-carbon, used to create high-value molecules, replacing fossil-based products. Alkyl levulinates, derived from biomass, particularly stand out for their potential as bio-additives and bio-fuels. Acid solvolysis of hexose sugars from biomass appears to be a promising and cost-effective production route, which requires further investigation not yet found in the literature. The potential of alkyl levulinate extends to its conversion into γ-valerolactone (GVL), a promising bio-solvent, commonly obtained by hydrogenation through molecular-hydrogen. Besides being a key reagent, hydrogen is also a promising energy carrier, facilitating the integration of renewable energy sources into the market. Hydrogen energy storage systems support this integration, promoting 'green' industrial transformation. This thesis focuses on technological investigation and sustainability assessment of a potential biorefinery system, integrating lignocellulosic biomass valorization, energy production, and hydrogen generation. The study encompasses experimental investigations, optimizing technologies for the production of butyl levulinate and its subsequent hydrogenation to GVL. Sustainability considerations are fundamental to the process configuration, aligning with the global shift towards renewable and carbon bio-resources. In order to answer the question of sustainability, the research presents a first section focused on the experimental investigation of the optimal technology for the production of butyl levulinate. The solvolysis of the biomass-derived hexose Fructose to butyl levulinate was investigated, in terms of optimal process conditions and kinetic modelling. Selected an effective heterogeneous catalyst, the effect of the solvent was investigated, showing the benefits of using GVL as co-solvent, together with butanol, on the conversion and dissolution kinetics of fructose. In these conditions, the solvolysis to butyl levulinate was studied in depth from a kinetic point of view, first by proposing a model for the solvolysis of 5-HMF, an intermediate in the fructose pathway, and then extending the modelling from fructose itself. A robust kinetic model, describing the reaction mechanism of solvolysis, was defined and validated, particularly under conditions of high initial fructose concentration (applying the concept of High-gravity), and including in the modelling the kinetics of dissolution, and degradation of fructose, under acidic conditions.In the second part of the research, the technological perspective was extended to the hydrogenation of butyl levulinate to GVL. Starting from a conceptual design phase, the overall fructose-to-GVL process scheme was defined, simulated, and optimized on the basis of the process intensification concept. In the third part, the process was then dropped into a real case study in Normandy, France, adapting the analysis to the local availability of lignocellulosic biomass and wind energy. The study defines a methodology for designing and integrating the energy-supply system, evaluating different scenarios. The sustainability assessment, based on key performance indicators spanning economic, environmental, and social dimensions, culminates in an aggregated overall sustainability index. The results highlight scenarios integrating the GVL biorefinery system with wind power and hydrogen energy storage as promising, demonstrating high economic profitability and reduced environmental impact. Finally, sensitivity analyses validate the robustness and reliability of the methodology, generally extendable also to other technological systems
Come previsto, il mondo sta affrontando gli effetti tangibili del cambiamento climatico come conseguenza di un'economia basata sui combustibili fossili per centinaia di anni. Oltre a dover affrontare e adottare misure correttive per limitare gli effetti del riscaldamento globale, l'Europa sta affrontando una grave crisi energetica, che rivela la fragilità del sistema energetico europeo, prevalentemente dipendente dalle importazioni di combustibili fossili. La geopolitica delle risorse fossili ha innescato la necessaria rimodulazione dell'economia energetica europea, che si sta spostando "forzatamente" verso le risorse energetiche rinnovabili per diventare un'economia fossile e a zero emissioni di carbonio. Nel panorama delle rinnovabili, le risorse più sfruttate sono l'energia solare, eolica e da biomassa. Oltre alla produzione di bioenergia, la biomassa è una fonte inestimabile di biocarbonio, che può essere sfruttata e valorizzata per la produzione di molecole ad alto valore aggiunto che possono essere utilizzate in vari settori industriali, per la produzione di carburanti, prodotti chimici, materiali e sostituendo i corrispondenti prodotti di origine fossile. In questo contesto, sono stati sviluppati sistemi innovativi di bioraffinazione della biomassa di seconda generazione per trasformare e decostruire la complessa struttura della biomassa in molecole piattaforma più semplici, che possono poi essere trasformate in molecole ad alto potenziale. Tra queste, gli alchil levulinati sono stati identificati per il loro notevole potenziale come bioadditivi e biocarburanti. Esteri dell'acido levulinico, questi composti possono essere ottenuti da derivati della biomassa, come i monosaccaridi dello zucchero, secondo diverse vie di reazione; tra queste, la solvolisi acida degli zuccheri esosi può essere una via di produzione promettente ed economicamente vantaggiosa, che richiede ulteriori indagini non ancora presenti in letteratura. Il potenziale degli alchil levulinati risiede anche nella possibilità di un ulteriore trasformazione mediante idrogenazione per produrre γ-valerolattone (GVL), una molecola con un mercato promettente come bio-solvente, grazie alle sue proprietà di stabilità, ecotossicità e biodegradabilità. L'uso dell'idrogeno gassoso è la via più comune per l'idrogenazione del GVL, ma, oltre a essere un reagente chimico fondamentale, l'idrogeno è anche uno dei principali protagonisti della transizione energetica. Infatti, come vettore energetico, l'idrogeno può portare alla piena penetrazione delle fonti energetiche rinnovabili nel mercato dell'energia, costituendo un complemento-tampone per lo stoccaggio delle energie rinnovabili intermittenti, attraverso la progettazione di sistemi di stoccaggio dell'energia dell'idrogeno (HydESS). L'accumulo di energia a idrogeno a lungo termine può consentire l'autosufficienza dei sistemi di energia rinnovabile, in quanto agisce da ponte tra le funzionalità dei sistemi Power-to-Hydrogen, in grado di assorbire i surplus energetici delle energie rinnovabili e di immagazzinarli, e quelle dei sistemi Hydrogen-to-Power, che restituiscono energia rinnovabile quando le fonti di energia primaria non sono disponibili. In quest'ottica, lo sviluppo di tali sistemi può portare all'integrazione completa e stabile delle fonti di energia rinnovabile in asset industriali già esistenti, così come in nuovi mercati industriali, come le bioraffinerie di biomassa lignocellulosica, promuovendo lo sviluppo di realtà industriali "verdi" in termini di trasformazione di materiali ed energia. Il mercato industriale globale si sta evolvendo verso la decarbonizzazione e la riqualificazione di diversi asset, attraverso investimenti in efficienza energetica e l'introduzione di processi green per la valorizzazione delle fonti rinnovabili, ma l'implementazione su larga scala di queste iniziative richiede un'analisi completa e approfondita della loro sostenibilità

La prise de conscience des impacts environnementaux dûs aux activités humaines a amené l'ensemble de la classe politique , scientifique et économique à considérer dans les choix stratégiques, notamment en matière de structure de production et d'investissement dans le secteur énergétique, la totalité des effets externes issus de ces mêmes choix. La question fondamentale posée dans cette thèse consiste en la détermination des stratégies énergiques optimales (structure de la production et investissements) au sein du secteur électrique, lorsque des contraintes de protection de l'environnement sont instaurées en vue de limiter l'accroissement de l'effet de serre additionnel. Une analyse théorique et descriptive permet de définir les bases et le champ de cette étude (spécification des domaines retenus : production électrique, effet de serre; théorie des externalités ; instruments d'une politique environnementale). La mise en place de la politique de protection de l'environnement est envisagée de deux manières, soit en imposant une taxe sur les émissions de CO2 soit en créant un marché de droits à polluer. Un modèle mathématique, basé sur les principes de la programmation linéaire est construit pour schématiser et apporter des solutions à notre problématique, ce dernier s'appliquant d'une part au cas d'une économie fermée (la France et l'Allemagne), d'autre part à celui d'une économie ouverte (l'Europe). Les principaux résultats obtenus peuvent être énoncés de la manière suivante : une prépondérance de l'électricité nucléaire dans la structure de production totale et dans les investissements réalisés pour satisfaire l'accroissement de demande à l'horizon 2010; une meilleure efficacité de la taxation à court terme et du marche de droits à long terme du point de vue de la mise en place pratique; une lutte contre les émissions carbonées plus directement obtenue dans le cadre du marché de droits; des résultats (en termes de structure de l'offre et d'impacts environnementaux) fortement conditionnés par le niveau des coûts de dépollution de chaque producteur.

Le changement climatique est devenu une préoccupation majeure. L'objectif de cette thèse est d'apporter quelques éclairages sur les questions environnementales actuelles. Premièrement, nous nous interrogeons sur l'efficacité des politiques environnementales. Deuxièmement, nous nous intéressons à la manière dont le bien être des ménages peut être affecté par les dégradations environnementales.La France s'est engagée à réduire les émissions de gaz à effet de serre et la consommation d'énergie dans le secteur résidentiel. Nous étudions dans un premier chapitre les déterminants de la consommation d'énergie résidentielle, afin d'identifier les politiques les plus efficaces pour améliorer l'efficacité énergétique dans ce secteur. Nous montrons que l'enjeu est d'inciter les ménages àentreprendre des travaux de rénovation. C'est l'objectif de politiques telles que le crédit d'impôt développement durable ou les subventions. Dans un second chapitre, nous évaluons l'impact de ces mesures à l'aide d'un modèle de simulation. Les résultats montrent que si les politiques actuelles sont efficaces, elles ne sont pas suffisantes pour atteindre les objectifs fixés. Enfin, nous nous concentrons dans un troisième chapitre sur l'impact du crédit d'impôt sur le comportement des ménages. Cette mesure incite peu les ménages à réaliser des rénovations, et ceci s'explique en partie par un effet d'aubaine. Les pays émergents sont les plus exposés aux catastrophes climatiques. Nous cherchons à voir dans un quatrième chapitre comment les dégradations environnementales affectent les ménages. La déforestation augmente la rareté des ressources naturelles telles que le bois. Cela accroît la probabilité que les femmes soient impliquées dans la collecte des ressources naturelles et par ce biais, diminue leur participation au marché du travail.

L’utilisation de la biomasse végétale pour produire des matériaux durables ou encore de l’énergie suscite un intérêt croissant. Le miscanthus (Miscanthus giganteus) est une graminée à fort potentiel dans le domaine des biocarburants. La biomasse peut être récoltée « en vert » à l’automne pour un maximum de biomasse ou « en sec » en hiver. L’objectif de cette étude est d’une part préciser l’impact des modalités de récolte du miscanthus (précoce, tardif) sur la composition chimique et l’aptitude à la saccharification enzymatique de la biomasse aérienne pour produire du bioéthanol de seconde génération et d’autre part évaluer une possible valorisation des résidus de cette saccharification en agro-matériaux. La date de récolte influence la qualité chimique de la biomasse au niveau de la proportion de la fraction soluble et dans une moindre mesure la qualité intrinsèque des parois. L’hétérogénéité chimique des organes s’accompagne d’une susceptibilité variable aux enzymes de saccharification. Le miscanthus est très récalcitrant à la dégradation enzymatique et nécessite un prétraitement. Le prétraitement à l’ammoniaque est plus efficace que le prétraitement à l’acide et permet de révéler l’impact de la date de la récolte sur la saccharification enzymatique : le taux de conversion de la biomasse précoce est supérieur au rendement obtenu pour la récolte tardive. Cette étude a ensuite été consacrée à la valorisation des coproduits solides dans l’élaboration de matériaux cimentaires ou composites autoliés par thermocompression. Les matériaux cimentaires possèdent une bonne ouvrabilité et des résistances mécaniques intéressantes. Le traitement enzymatique des lignocelluloses ne permet pas de lever le retard de prise important des bétons lignocellulosiques. Contrairement au miscanthus non traité, les coproduits de la saccharification de la biomasse prétraitée par l’acide ou l’ammoniaque permettent l’obtention de composites autoliés. Une utilisation à des fins industrielles de ces composites nécessite toutefois une amélioration de leurs propriétés d’usages
The use of plant resources in renewable materials and energy is receiving increased interest. In this respect, Miscanthus (Miscanthus giganteus) is a perennial grass showing great potential as a raw material for bioethanol production. The plant biomass can be harvested at different dates, in autumn (early harvest) in order to maximize yield, and in winter (delayed harvest). The main objectives were first to evaluate the impact of harvesting date (early, late) on the chemical composition susceptibility to enzymatic saccharification of miscanthus aiming at production second generation bioethanol, second to explore the use of lignocellulosic byproduct into agromaterials. The proportion of soluble fraction is mainly affected by the harvesting date while few change occurred in the cell wall composition. Chemical heterogeneity according to the type of organ leads to variation in susceptibility to saccharification. Owing to its high recalcitrance towards enzymatic conversion, a chemical pretreatment is required. Ammonia pretreated biomass is more prone to saccharification compared to acid treated samples. Following ammonia treatment, early harvested biomass is shown to be more efficiently converted by enzymes than a diluted acid pretreatment. Then the use of solid byproducts into cementitious material and self-binding fiberboards is explored. The obtained cementitious material had a great workability and interesting mechanical properties. Enzymatic treatment does not improve the delay in the setting time of the lignocellulosic composite. In contrast to the raw miscanthus, fiberboards are obtained by hot-pressing of byproducts from the saccharified biomass. Nevertheless, industrial applications would still require further improvements of the composites properties

La pyrolyse est le premier mécanisme intervenant dans tous les procédés de conversion thermochimique des solides (combustion, gazéification, pyrolyse). C’est également le plus important, car il contrôle la répartition et la composition des trois types de produits : gaz, charbon, goudrons. La prédiction des produits de pyrolyse et est primordiale pour le développement de procédés de conversion thermochimique. De nombreuses études analytiques ont été réalisées mais la grande hétérogénéité des biomasses étudiées et des conditions de pyrolyse utilisées rend actuellement difficile une approche globale des mécanismes. L’objectif de cette étude a été de réaliser des analyses complémentaires de produits de pyrolyse formés pour une large gamme de températures (200°C à 500°C) en pyrolyse lente (5 K/min) pour différentes biomasses (miscanthus, chêne et douglas) à l’aide d’un lit fixe permettant un contrôle optimal des phénomènes de transfert de chaleur et de matière. De nombreuses méthodes physico-chimiques ont été utilisées pour caractériser les produits formés afin de réaliser un bilan global des mécanismes chimiques de dégradation : Résonance magnétique nucléaire (RMN) du proton 1H et du carbone 13C ; Calorimétrie (DSC) ; Thermogravimétrie ; GC/MS (Gas Chromatography and Mass spectrometry), LC/MS (Liquid Chromatography and Mass Spectrometry) et spectrométrie de masse à ionisation douce (Single Photo Ionisation SPI). Des techniques originales d’analyses dites ex-situ telles que l’analyse 2D RMN par la méthode HETCOR (Heteronuclear correlation) 1H-13C ainsi que des analyses in-situ en RMN 1H Haute Température ont été mises en place
Current research studies focus on biomass thermochemical conversion to produce other energetic vectors more appropriate to be conveyed, such as electricity, gas or liquid products. Pyrolysis is the first mechanism occurring in all thermochemical processes for solid fuels conversion (combustion, gasification, pyrolysis). It controls in a large extent products (gas, condensables and char) distribution and composition. The prediction of pyrolysis products and the understanding of the chemical mechanisms are thus pivotal for developing thermochemical reactors. Extensive work has been conducted for more than one century but the important heterogeneity of biomasses and pyrolysis conditions make it difficult to encompass a global chemical mechanism. The aim of this study is to develop complementary analyses of pyrolysis products. Pyrolysis is conducted in a fixed bed reactor under slow pyrolysis conditions (5 K/min), for a wide range of final temperature (200°C and 500°C) and for different biomasses (miscanthus, douglas and oak). Various analytical methods have been used in order to characterise the pyrolysis products: nuclear magnetic resonance (carbon 13C and proton 1H NMR), Calorimetry, Thermogravimetry, GC/MS (Gas Chromatography and Mass spectrometry), LC/MS (Liquid Chromatography and Mass Spectrometry) and soft ionization mass spectrometry (Single Photo Ionisation SPI). Original analytical methods such as 2D NMR HETCOR 1H-13C (for the analysis of chemical moieties in char) and high temperature 1H NMR (for in-situ analysis of mobile protons) have been used. The latter allowed a novel characterization of the interaction between biomass and minerals during pyrolysis

L’objectif principal de ce mémoire a été ciblé sur la compréhension des voies métaboliques et processus bactériens en bioréacteur à membranes (BAM), travaillant avec des ages de boues élevés, et sur leur possible action et influence sur la perméabilité membranaire. L’étude expérimentale a tout d’abord consistait à étudier voie métaboliques et processus bactériens en réacteur fermé afin d’accéder à des paramètres cinétiques et à des informations utiles à la gestion du BAM. L’étude en batch a montré l’importance du ratio S0/X0 (substrat/biomasse) sur les voies de métabolisation suivies par le substrat. Suivant la destination du substrat, synthèse cellulaire ou stockage de produits de réserve, les paramètres cinétiques en phase exogène et le comportement de la culture en phase endogène sont différents. Les essais en bioréacteur à membranes en fonctionnement continu ont été menés sans aucune extraction de biomasse, assurant ainsi des ages de boues élevés, et à partir d’un effluent synthétique à base d’acétate et de Viandox®. Les performances obtenues sont très satisfaisantes en terme de dépollution et de séparation. Un faible taux de conversion, 0. 058 gDCOP. GDCOT-1, a été obtenu et supposé associé à une intensification des processus de maintenance cellulaire, lyse de la biomasse et prédation. Dans l’objectif de favoriser spécifiquement ces processus, identifiés en réacteur fermé, les performances d’un BAM alimenté séquentiellement, mais dans des conditions de charge et age de boues identiques, ont été étudiées. Les performances ont été moins satisfaisantes en terme de dépollution et de filtration que pour le BAM en continu et un taux de conversion plus élevé, 0. 092 gDCOP. GDCOT-1, a été obtenu. La très forte charge volumique et le très fort ratio substrat/biomasse pendant la phase d’alimentation en substrat semblent favoriser une multiplication cellulaire et des processus particuliers (découplage métabolique, par exemple), non favorables à un abaissement du taux de conversion. Les hypothèses du comportement biologique ont été validées avec les modèles classiques de Pirt et ASM3. La modélisation du système montre une stabilisation de la concentration en biomasse active et une accumulation continue de matériels inertes (issus de la respiration endogène de la biomasse). L’intérêt de pouvoir estimer cette fraction de biomasse active, inférieure à 20% dans nos systèmes, est souligné
The aim of this memory is to provide a fundamental understanding of the metabolic ways and bacterial processes in submerged membranes bioreactors (MBR) operated at high solid retention times. The intensification of the membrane separation was studied as well. In a first experimental batch study, the role of the ratio S0/X0 (substrat/biomasse) was clarified. A cellular multiplication process is favoured at high ratios S0/X0 while a storage compound synthesis process is dominant at low ratios. The membranes bioreactors operation was carried on under continuous and sequencing feeds, with a synthetic effluent based on acetate and Viandox®. Comparatively, the performances of the MBR operated in continuous way were more satisfactory with respect to organic matter removal, sludge production and separation. The lower conversion yields substrate to biomass obtained, were associated to the intensification of maintenance cells functions, lysis process and predation activity. The modelling of the system, with the models of Pirt and ASM3, shows a stabilisation of the active biomass concentration and a constant inert materials accumulation (resulting from endogenous respiration). The interest of estimate this fraction of active biomass (lower than 20% in our operational conditions) is underlined. With regard to membrane separation, the biomass accumulated around the fibres seems not play a crucial role in the fouling process. The influence of the macromolecular compounds has been also studied

En 1987, la commission sur l'environnement et le développement des Nations-Unies définissait le développement soutenable/durable par ‘‘un développement qui répond aux besoins actuels sans compromettre les capacités des générations futures à répondre au leur’’. Cette définition vise à améliorer/maintenir la qualité de vie de l'humanité avec le temps en perspective. Le développement durable met en exergue trois actions : la diminution des besoins, l'utilisation d'énergies propres et renouvelables et le recyclage. Cette thèse vise à proposer des éléments de réponses à trois questions scientifiques : RQ1 : Comment évaluer l'impact environnemental résultant de l'exploitation des ressources minérales, en tenant en compte de leur abondance, de leur composition chimique, de leurs propriétés physiques et des effets de leur extraction?RQ2 : Comment évaluer la performance du recyclage, en prenant en compte les différentes pertes (de quantité et de qualité)?RQ3 : Substituer de l'énergie fossile par de la biomasse s'inscrit-il toujours dans le cadre du développement durable?La méthode émergétique est principalement utilisée pour cette recherche. Elle est complétée par l'exergético-écologie, l'empreinte carbone ou l'analyse exergétique du cycle de vie.L'émergie spécifique initiale (avant exploitation) des 42 minéraux les plus utilisés dans l'industrie est proposée, tout en respectant le principe de hiérarchisation des matériaux formulé par Odum. La performance environnementale du recyclage métallurgique a été étudiée tout en tenant compte des pertes de matière et de qualité. Une transformité moyenne et trois ratios sont proposés, permettant de quantifier une solution qualifiable de ‘‘éco-conception’’. Finalement, l'intérêt d'une substitution d'un combustible fossile par de la biomasse a été analysé à l’aide de deux exemples concrets
In 1987, the United Nations World Commission on Environment and Development defined sustainable development as ‘‘development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs’’. The aim is to continuously improve the quality of life for both current and future generation without increasing the use of natural resources beyond the Earth's carrying capacity. The entire life-cycle of natural resources, from their extraction to their final disposal as waste, engenders negative environmental impacts. Waste recycling and the substitutionof excessively polluting resources with alternatives are considered as the key components of sustainable resource management. The flow of the thesis is formalized in the following three research questions:RQ1: Is it possible, and if so how, to assess the environmental impacts resulting from the exploitation of mineral resources, taking into account their abundance, their chemical and physical properties and the effects of their extraction?RQ2: Is it possible, and if so how, to evaluate the environmental performance of recycling, taking into account the chemical, physical and thermodynamic limits of the process?RQ3: To which extent a partial or complete substitution of fossil fuels with biomass is an environmentally friendly solution?The work is essentially based on the emergy approach, but also other environmental assessment tools has been used such as the exergoecology approach, the exergetic life cycle assessment and the carbon footprint. The specific emergy of about 42 main commercially used minerals has been calculated, respecting the material hierarchy developed by Odum. The environmental performance of metallurgical recycling has been studied, taking into account for the material and quality losses during the process. The use of an average transformity is proposed and three sustainability ratios have been defined to assess the benefits and limits of recycling processes. Finally, in order to determine the environmental impact of using biomass as substitute for fossil fuels, two concrete examples has been studied

L’objectif de cette thèse est de développer et étudier des modèles mathématiques d’échanges économiques, basés sur la flexibilité de la demande, entre fournisseurs et consommateurs d’électricité. D’une part, des fournisseurs d’électricité offrent des prix dépendant de l’heure de consommation. D’autre part, des consommateurs adaptent leur usage, minimisant leur facture et le désagrément lié aux changements de consommation induits. La structure de ces problèmes correspond à des problèmes d’optimisation bi-niveau. Trois types de modèles sont étudiés. Tout d’abord, l’interaction entre un fournisseur et un opérateur de smart grid est modélisée par un problème à un seul meneur et un seul suiveur. Pour cette première approche, le niveau de détails du suiveur est particulièrement élevé, et inclut notamment une gestion stochastique de la production distribuée. La meilleure réponse d’un fournisseur dans un modèle à plusieurs meneurs et plusieurs suiveurs fait l’objet de la seconde partie de la thèse. Celle-ci intègre aussi la possibilité d’avoir des agrégateurs comme suiveurs. Deux nouvelles méthodes de résolution reposant sur la sélection d’équilibres de Nash entre suiveurs sont proposées. Enfin, dans une troisième et dernière partie, on se focalise sur la recherche d’équilibres non coopératifs pour ce modèle à plusieurs meneurs et plusieurs suiveurs.Tous les problèmes abordés dans cette thèse le sont non seulement d’un point de vue théorique, mais également d’un point de vue numérique
The objective of this thesis is to develop and study mathematical models of economical exchanges between energy suppliers and consumers, using demand-side management. On one hand, the suppliers offer time-of-use electricity prices. On the other hand, energy consumers decide on their energy demand schedule, minimizing their electricity bill and the inconvenience due to schedule changes. This problem structure gives rise to bilevel optimization problems.Three kinds of models are studied. First, single-leader single-follower problems modeling the interaction between an energy supplier and a smart grid operator. In this first approach, the level of details is very high on the follower’s side, and notably includes a stochastic treatment of distributed generation. Second, a multi-leader multi-follower problem is studied from the point of view of the best response of one of the suppliers. Aggregators are included in the lower level. Two new resolution methods based on a selection of Nash equilibriums at the lower level are proposed. In the third and final part, the focus is on the evaluation of noncooperative equilibriums for this multi-leader multi-follower problem.All the problems have been studied both from a theoretical and numerical point of view

Le sujet de la thèse a pour objectif de constituer une contribution à la valorisation énergétique de la biomasse. Il propose par voie originale consistant à transformer la biomasse en l'associant à une matière d'origine pétrolière pour obtenir un combustible composite nouveau : le biofuel. Dans la première partie de l'étude, sont présentées les matières premières potentielles, leurs caractéristiques et leur disponibilité. Les travaux ont été axés sur la rafle de maïs, co-produit de la culture dominante dans la région du sud-ouest. La deuxième partie est consacrée à la description des techniques de fabrication du biofuel à partir de fractions pétrolières lourdes et de rafles de maïs. Les procédés ont été également appliqués à d'autres types de biomasse. L'étude complete des caractéristiques physico-chimiques du combustible et de son comportement en combustion fait l'objet de la troisième partie du mémoire. L'ensemble de ces données, correlées aux résultats obtenus lors des essais de combustion en couche fixe et en lit fluidisé permet d'appréhender les conditions d'utilisation du biofuel. La description de ces essais, réalisés sur des unités pilotes, mais aussi en grandeur réelle, constitue le quatrième thème de l'exposé. Enfin, dans une dernière partie, une évaluation économique du projet de fabrication est esquissée, afin de conforter le volet technique d'un projet à finalité industrielle. Par une démarche multi-directionnelle, l'auteur s'attache à étudier les différents aspects du concept biofuel. Il résulte des travaux que la combinaison d'un matériau organique avec un résidu pétrolier lourd est susceptible d'éliminer certains des inconvenients des deux constituants pris séparement et de leur offrir ainsi une voie de valorisation par l'obtention d'un produit solide, stable, dense, stockable, doué d'un pouvoir énergétique important et d'une image attractive.

Ce document présente le travail réalisé pour doter l'environnement logiciel de la collaboration ATLAS, ATHENA, d'une bibliothèque d'outils pour l'analyse de physique ainsi que pour l'extraction d'une fonction d'étalonnage de l'énergie des jets à partir d'évènements de physique (étalonnage in-situ).
La partie logicielle expose les différents composants de l'architecture logicielle qui a la gestion du flot de données simulées et reconstruites, ainsi que les différentes étapes de ce flot, avant et pendant la prise de données. La construction d'une bibliothèque d'outils facilitant la reconstruction d'objets physiques, leur association avec les entités Monte-Carlo et les interfaces de programmation de ces objets est ensuite détaillée, l'accent étant mis sur l'importance d'avoir un langage et des outils communs à l'ensemble de la collaboration afin de partager l'effort de validation de ces outils et ainsi obtenir des résultats de physique reproductibles.
Dans la partie analyse, l'implémentation dans le framework ATHENA d'un algorithme d'étalonnage de l'énergie des jets légers en utilisant la désintégration de bosons W en une paire de jets est traitée. A partir de l'application de cet algorithme sur des données simulées via la simulation rapide et la simulation complète, il semble envisageable de connaître l'échelle en énergie des jets légers à hauteur du pour-cent. Enfin, l'étude de faisabilité de l'extraction de l'échelle en énergie des jets de b en utilisant le processus γZ° \to γb barb est exposée. Il est montré que l'application de coupures séquentielles ne permet pas d'extraire le signal par rapport au bruit de fond. Cependant, une approche multivariable pourrait améliorer la sélection, permettant de collecter un nombre suffisant de paires Z° pour réaliser l'étalonnage en énergie des jets de b.

Ce document présente le travail réalisé pour doter l'environnement logiciel de la collaboration ATLAS, ATHENA, d'une bibliothèque d'outils pour l'analyse de physique et pour l'extraction d'une fonction d'étalonnage de l'énergie des jets à partir d'évènements de physique (étalonnage in-situ). La partie logicielle expose les différents composants de l'architecture logicielle qui a besoin du flot de données simulées et reconstruites, et les différentes étapes de ce flot, avant et pendant la prise de données. La construction d'une bibliothèque d'outils facilitant la reconstruction d'objets physiques, leur association avec les entités Monte-Carlo et les interfaces de programmation de ces objets est ensuite détaillée, l'accent étant mis sur l'importance d'avoir un langage et des outils communs à l'ensemble de la collaboration afin de partager l'effort de validation de ces outils et ainsi obtenir des résultats de physique reproductibles. Dans la partie analyse, l'implémentation dans le framework ATHENA d'un algorithme d'étalonnage de l'énergie des jets légers en utilisant la désintégration de bosons W en une paire de jets est traitée. A partir de l'application de cet algorithme sur des données simulées via la simulation rapide et la simulation complète, il semble envisageable de connaître l'échelle en énergie des jets légers à hauteur du pour-cent. Enfin, l'étude de faisabilité de l'extraction de l'échelle en énergie des jets de b en utilisant un processus est exposée. Il est montré que l'application de coupures séquentielles ne permet pas d'extraire le signal par rapport au bruit de fond. Cependant, une approche multivariable pourrait améliorer la sélection, permettant de collecter un nombre suffisant de paires Z° pour réaliser l'étalonnage en énergie des jets de b

Depuis une dizaine d'années, la dématérialisation de l'information connaît un essor particulier avec l'ascension du Cloud Computing. La demande sans cesse croissante et le souci de fournir une certaine qualité de service obligent les fournisseurs à investir d'importants capitaux afin de multiplier leurs offres d'hébergement dans plusieurs zones géographiques. Avec ce déploiement à grande échelle d'énormes centres de données, la consommation énergétique du Cloud augmente en conséquence. De ce fait, plusieurs études portant sur la minimisation de la consommation énergétique du Cloud ont été récemment effectuées, en considérant les différentes techniques de réduction de l'énergie consommée. Ce mémoire propose une méthode basée sur l'intégration d'un algorithme d'ordonnancement, d'une technique de réduction de tension et de fréquence du processeur de chaque serveur (appelée DVFS pour Dynamic Voltage and Frequency Scaling), ainsi que du processus de migration des machines virtuelles (VMs). Cette méthode vise à minimiser la consommation de l'énergie dans un environnement Cloud, tout en respectant les exigences de qualité de service. Ce travail de recherche est réalisé en trois phases. Dans la première phase, nous menons une étude sur les différentes techniques de minimisation de la consommation d'énergie. Dans la deuxième phase, nous analysons ces techniques et proposons une méthode basée sur la combinaison de l'algorithme d'ordonnancement Green Scheduler, de la technique DVFS et de la migration des VMs. Afin d'évaluer l'efficacité de cette méthode, nous effectuons, dans la troisième phase, une mise en œuvre et une analyse des résultats issus de trois séries de simulations. Ces résultats montrent que la méthode proposée est en mesure de réduire l'énergie consommée par les serveurs d'une moyenne de 5% par rapport à l'utilisation d'autres méthodes de la littérature. Cette réduction peut atteindre 7.5% dans certaines circonstances. Les résultats de simulations montrent également que la méthode proposée permet de respecter les exigences de qualité de services dans toutes les conditions de fonctionnement du Cloud.
The last decade has witnessed a rapid rise in Cloud Computing usage, which has led to the dematerialization of data centers. The increased use of data centers has an impact on the energy consumption. Therefore, several studies relating to the optimization of energy consumption were recently carried out, hence various techniques aiming to reduce the power consumption were adopted. In this thesis, we propose a method based on the integration of a scheduling algorithm, the DVFS technique and the virtual machine (VM) migration. This method aims to minimize the consumption of energy in a Cloud environment subject to the quality of service. For this purpose, we firstly conduct a study on different techniques which aim to minimize energy consumption. Secondly, we analyze these techniques and propose a method based on the combination of the Green Scheduler algorithm, the DVFS technique and the VM migration. Thirdly, we choose Green Scheduler to perform three sets of simulations. Simulation results show that the proposed method is able to reduce the energy consumed by the servers by an average of 5% compared to the use of other existing methods. This reduction can reach 7.5% under certain circumstances. Such results also show that the proposed method always meets the quality of service requirements.
Ajustement dynamique de la tension

Analyse des programmes et manuels scolaires existants. Enquête auprès des élèves français et congolais, sur ce qu'ils ont retenu sur l'enseignement de l'énergie. L'auteur propose l'intégration du thème énergie dans le cadre de l'éducation a l'environnement avec la mise en oeuvre de pratiques interdisciplinaires, l'ouverture de l'école sur l'environnement, une formation adéquate des enseignants. L'auteur fournit des suggestions d'activités en terme d'objectifs

Les microalgues constituent une source durable de produits de haute valeur ajoutée et pour la production de biocarburants de 3ème génération. Cependant, afin que la production massive de microalgues soit économiquement viable, il faut considérer une approche de bioraffinage qui inclut la valorisation complète de la biomasse. La voie humide de bioraffinage nécessite la destruction des parois et membranes cellulaires afin de libérer les biomolécules. La méthode de destruction est cruciale puisqu’elle détermine les coûts, les rendements et la complexité des étapes de fractionnement et de purification. Le broyage à billes est une méthode mécanique de destruction cellulaire efficace, utilisable à grande échelle et qui permet une libération douce voire sélective des molécules intracellulaires. Les mécanismes de broyage sont complexes et le grand nombre de paramètres multiplie les coûts d’optimisation des conditions opératoires. L’étude présentée consiste à développer un modèle prédictif de la cinétique de destruction cellulaire qui tient compte des spécificités des microalgues. Le modèle inclut l’effet de la taille des cellules, l’hydrodynamique dans le broyeur à billes et l’effet des paramètres opératoires. Le modèle est utilisé pour minimiser la consommation énergétique et transposer les résultats expérimentaux à grande échelle
Microalgae are a sustainable feedstock for high value products and to produce 3rd generation biofuels. However, for a bulk production of microalgae it is necessary to consider a "biorefinery" approach which includes the complete valorization of the biomass. The wet route of microalgae biorefinery requires the disruption of cell walls and cell membranes to release the biomolecules. The disruption method is crucial since it determines the costs, the yields and the complexity of the fractionation and purification steps. Bead milling is an efficient mechanical cell disruption method that can be used at large scale and allows a mild or even selective release of intracellular molecules. The disruption mechanisms are complex and the large number of parameters increases the costs of the optimization of the operating conditions. The current study is focused on developing a predictive model for the cell disruption kinetics that takes into account the specificities of microalgae. The model includes the effect of cell size, hydrodynamics in the equipment, and the effect of the operating parameters. The model is usedto minimize energy consumption and for transposition of experimental results at large scale

Cette thèse présente l'étude de l'environnement de deux microquasars et d'un soft gamma-ray repeater (SGR), principalement à partir d'images infrarouges (IR) entre 4 18 microns prises avec la caméra ISOCAM à bord du satellite ISO, et en comparant les résultats à ceux des autres longueurs d'onde de la radio aux X. L'étude du microquasar GRS1915+105 révèle l'émission thermique en IR moyen de poussières entourant le système et probablement chauffées par son activité. L'observation multi-longueurs d'onde de deux contreparties possibles des interactions des éjections relativistes de la binaire X avec le milieu environnant, situées à plus de 50 parsecs, ne permet pas de conclure sur cette possibilité. Le microquasar SS433 a aussi été observé spectroscopiquement entre 2 et 12 microns et en mode photométrique dans l'IR lointain par un autre instrument d'ISO (PHOT). Les spectres et l'estimation de perte de masse impliquent une forte probabilité pour que l'étoile non effondrée de la binaire X, dont la nature n'a jamais été déterminée avec précision, soit une Wolf-Rayet. .
This thesis presents the study of the environment of two microquasars and one soft gamma-ray repeater (SGR), mainly based on infrared (IR) images taken with ISOCAM, the camera on board of the ISO satellite, between 4 to 18 micron. The results are compared to other wavelengths ones, from radio to X-ray. GRS1915+105's study reveals mid-IR thermal emission from dust surrounding the microquasar, and probably heated by its activity. The multi-wavelength observation of two possible counterpart of this X-ray binary relativistic jet interactions with the surrounding medium, situated at more than 10 parsec from the source, are inconclusive. SS433 has also been observed with PHOT, another instrument on board of ISO, spectroscopically at 2-12 micron and in far IR photometry. Spectra and mass-loss estimate imply the visible companion of this microquasar, the nature of which has never been precisely determined, to be likely a Wolf-Rayet star. .

L'objectif de ce travail est d'étudier les différents éléments techniques et économiques pour la production massive d'hydrogène par le procédé d'Electrolyse Haute Température (EHT) et la possibilité d'utiliser différentes sources d'énergie thermique pour évaporer l'eau nécessaire au procédé. Parmi les sources d'énergie thermique envisagées, nous avons retenu les unités d'incinération de biomasse et de déchets ménagers, les réacteurs nucléaires à « Eau Pressurisée » (European Pressurised Reactor - EPR) et au sodium liquide (Sodium Fast Reactor - SFR). Pour chacune de ces sources, nous avons développé une étude technique concernant la production de la vapeur et ses caractéristiques. Ensuite, nous présentons la description du formalisme permettant le dimensionnement, l'évaluation économique et la modélisation des équipements constituant le procédé EHT, en particulier l'électrolyseur constitué par les cellules d'électrolyse à oxydes solides (anglais - SOEC). Finalement, le couplage des sources d'énergie thermiques avec le procédé EHT est réalisé et le coût de production d'hydrogène est déterminé pour chacune de ces sources. Ensuite, sont examinées successivement les influences du débit d'hydrogène produit, de la densité de courant imposée aux cellules, leur coût de production et leur durée de vie, du coût de l'électricité et des coûts de maintenance sur la compétitivité du procédé. Notre étude montre que le coût de production du kilogramme d'hydrogène est principalement influencé par le coût d'énergie thermique inhérent aux sources d'énergie, alors qu'il est moins influencé par la température de la vapeur produite. Il s'avère que le coût de l'électricité nécessaire au fonctionnement du procédé et la durée de vie des électrolyseurs constituent des paramètres clés pour rendre le procédé compétitif. En effet, l'électricité représente une contribution de plus de 70% dans le coût total de production d'hydrogène. La durée de vie maximale de l'électrolyseur de 3 ans au lieu de 1 an actuellement, permettrait de diminuer de 34% le coût de production d'hydrogène, mais des améliorations sur la durée de vie de 5 ans voire 10 ans ne permettraient que des réductions sur le coût de production d'environ 8%
This work focus on the techno-economic study of massive hydrogen production by the High Temperature Electrolysis (HTE) process and also deals with the possibility of producing the steam needed in the process by using different thermal energy sources. Among several sources, those retained in this study are the biomass and domestic waste incineration units, as well as two nuclear reactors (European Pressurised water Reactor – EPR and Sodium Fast Reactor – SFR). Firstly, the technical evaluation of the steam production by each of these sources was carried out. Then, the design and modelling of the equipments composing the process, specially the electrolysers (Solid Oxides Electrolysis Cells), are presented. Finally, the hydrogen production cost for each energy sources coupled with the HTE process is calculated. Moreover, several sensibility studies were performed in order to determine the process key parameter and to evaluate the influence of the unit size effect, the electric energy cost, maintenance, the cells current density, their investment cost and their lifespan on the hydrogen production cost. Our results show that the thermal energy cost is much more influent on the hydrogen production cost than the steam temperature at the outlet stream of the thermal source. It seems also that the key parameters for this process are the electric energy cost and the cells lifespan. The first one contributes for more than 70% of the hydrogen production cost. From several cell lifespan values, it seems that a 3 year value, rather than 1 year, could lead to a hydrogen production cost reduced on 34%. However, longer lifespan values going from 5 to 10 years would only lead to a 8% reduction on the hydrogen production cost

La structure de la biomasse lignocellulosique ainsi que sa composition par la présence de lignine sont connues comme étant des facteurs limitant la digestion anaérobie. En effet, la lignine forme une barrière physique et limite l’adhésion et l’activité des enzymes. C’est pourquoi cette thèse vise à étudier les effets d’un chauffage de la matière lignocellulosique par traitement microonde, sur la solubilisation de la matière via la DCO soluble, et sur la digestibilité anaérobie via des BMP. Les études expérimentales ont été menées sur de la paille de blé et sur le panic érigé, et ont révélé que leurs prétraitements par microondes menaient à une solubilisation accrue de la matière et une amélioration de leur digestibilité anaérobie. Les paramètres optimaux de prétraitements déterminés sont une température de consigne d’environ 150°C qu’il est préférable d’atteindre rapidement et sans pour autant maintenir cette valeur de température de consigne. Une augmentation de température au-delà de 150°C induit une augmentation de la solubilisation de la matière mais diminue la biodégradabilité de celle-ci. Ce travail a également étudié la balance énergétique. L’énergie calculée issue de la différence de production en méthane entre un échantillon traité et non traité ne compense pas l’énergie consommée par le prétraitement par microonde pour les appareils utilisés. Il apparaît donc nécessaire d’étudier le développement d’un appareil industriel adapté
The structure and composition of lignocellulosic biomass are known to be critical points to use this material in anaerobic digestion. Indeed, the presence of lignin forms a physical barrier and induces a non-productive adsorption and activity of enzymes. Therefore, this thesis aims at to study the effects of microwave heating of lignocellulosic material, especially on matter solubilisation through soluble COD, and on anaerobic digestion through BMP assays. Experimental studies were carried out on wheat straw and switchgrass, and revealed that their microwave pretreatments led to increase of matter solubilisation and an improvement of their anaerobic digestibility. The best conditions found are the highest heating rate for a final temperature 150°C without any holding time. A temperature beyond 150°C induces an increase of matter solubilisation but decreases the biodegradability of lignocellulosic material. This work studied also the energy balance. The energy calculated from the difference of methane production between treated and untreated sample does not compensate the energy consumed by the microwave pretreatment, at least with the microwave devices used. It therefore appears necessary to study the development of adapted industrial apparatus

Je détaille les travaux effectués durant les trois années de ma thèse de doctorat. Si je me suis attaché à étudier certaines sources galactiques de haute énergie par le biais d'observations multi-fréquences, je me suis plus particulièrement concentré sur la recherche d'interactions entre ces objets et leur environnement. La première partie est consacrée à la présentation phénoménologique et théorique des trois types de sources étudiées, les binaires X à étoile supergéante (acronyme anglais SGXBs), les microquasars et les magnétars. Dans la deuxième partie, je montre comment, en utilisant une procédure d'identification combinant photométrie et spectroscopie dans le visible et l'infrarouge proche, mes travaux confirment d'une part la prédominance d'une nouvelle population de SGXBs dans l'échantillon des systèmes binaires X de grande masse découvertes par INTEGRAL, et d'autre part l'existence de sources dites intermédiaires qui pourraient représenter une étape dans l'évolution entre les deux classes connues de SGXBs. Enfin, la dernière partie est dédiée à l'environnement et à l'émission des sources dans l'infrarouge moyen. Dans un premier lieu, je montre que la très forte composante intrinsèque d'absorption concentrée autour de l'objet compact ne participe pas au rayonnement des SGXBs. Je présente ensuite les corrélations entre les émissions du microquasar GRS 1915+105 dans les rayons X et l'infrarouge moyen. Finalement, j'explique comment l'étude de l'amas d'étoiles massives et du nuage de gaz et de poussière associés au magnétar SGR1806-20 m'a amené à conclure que ce dernier n'avait pas interagi avec son environnement lors d'un événement dramatique survenu le 27 décembre 2004
I describe the work I have done during the three years of my thesis. If I was committed to study high energy Galactic sources through multi-frequency observations, I particularly focused on the study of possible interactions between these objects and their environment. The first part is devoted to the phenomenological and theoretical properties of the three types of sources I studied, namely the supergiant X-ray binaries (SGXBs), the microquasars and the magnetars. In the second part, I show how, using an identification procedure combining photometry and spectroscopy in the optical and the near-infrared, my work confirms on the one hand the dominance of a new population of SGXBs in the sample of high mass X-ray binaries discovered INTEGRAL, and on the other hand the existence of sources that might represent a crossover state between the two known classes of SGXBs, namely the obscured SGXBs and the supergiant f^st X-ray transients. At last, the third part is dedicated to the environment and the emission of the sources in the mid- infrared. I first show that the intrinsic absorption component concentrated around the compact object is not participating in the radiation of the SGXBs. I then present the correlations between the emissions of the microquasar GRS 1915+105 in the X-rays and the mid-infrared domains. I finally explain how the study of the massive star cluster and the ga sand dust cloud associated with the magnetar SGR 1806-20 led me to the conclusion that it had not interacted with its environment during the dramatic event that occurred on December 27th 2004

La crise de débouchés de ses produits agricoles traditionnels sur les marchés mondiaux et le souci d'indépendance énergétique de la CEE ont conduit à imaginer des stratégies de diversification de l'agriculture et plus précisément une agriculture à vocation énergétique. Il est présenté ici de quelles superficies pourrait disposer cette activité nouvelle et dans quelles conditions économiques s'effectueraient sa mise en place et son développement. Parallèlement l'aptitude des pays tropicaux a une production massive de biomasse a été évaluée en vue d'une production énergétique, et une estimation des coûts de production d' énergie ex biomasse a permis d'apprécier le bien fondé d'une telle orientation d'une partie de l'agriculture de ces pays.

L’objectif des travaux réalisés dans le cadre de cette thèse est de mettre au point un procédé enzymatique performant pour la biotranformation de la ligno-cellulose végétale, afin de produire à partir de paille de blé du glucose pour l’obtention de bioéthanol. Dans ce contexte, les champignons filamenteux représentent un potentiel exceptionnel comme source d’enzymes originales et/ou comme moyen de production à l’échelle pilote d’enzymes ayant les propriétés de biotransformer et de valoriser la paille de blé. La complexité structurale des parois ligno-cellulosiques et l’hétérogénéité des polysaccharides qui les composent font que de multiples enzymes, de spécificité différente, sont synthétisées par les micro-organismes lignocellulolytiques qui les dégradent. Les champignons basidiomycètes sont reconnus pour être les micro-organismes les mieux adaptés pour la dégradation de la lignine pariétale jusqu'au stade CO2 et H2O. Pycnoporus cinnabarinus sécrète des enzymes telle que la laccase qui a la particularité de s’attaqué à la lignine. D’autres enzymes comme les estérases produites par Aspergillus niger (féruloyl estérase) participent à l’hydrolyse des liaisons esters entre les groupements phénoliques des acides cinnamiques (liés de façon covalente à la lignine) et les polysaccharides des parois (cellulose, hémicellulose et pectine). L’action de ces deux catégories d’enzymes dites «accessoires» faciliterait ainsi l’accès des glycosyl-hydrolases sécrétés par Trichoderma reesei à leurs substrats naturels qui est la cellulose. Dans un premier temps nous nous sommes intéressés à la Production en fermenteur d’enzymes « libres » que sont les laccases de Pycnoporus cinnabarinus BRFM 137, la féruloyl estérase d’ Aspergillus niger BRFM 451, la manganése peroxydase de Phanerochaete chrysosporium I-1512, les xylanases et les cellulases de Trichoderma reesei CL847. Nos travaux se sont ensuite orientés vers l’étude de l’effet des enzymes fongiques « libres » sur l’hydrolyse de la paille. Nous avons pu mettre en évidence les conditions optimales permettant de libérer un maximum d’oses fermentescibles tel que le glucose. Ces résultats ont été obtenus en présence d’une combinaison enzymatique optimale à base de cellulase, de xylanase et de FAE. Une deuxième combinaison enzymatique potentielle mettant en jeu l’utilisation en séquentiel de la laccase et une cellulase à été mise au point. Enfin des essais d’hydrolyse sont réalisés en présence d’enzymes recombinantes bifonctionnelles: FLXLC et FLX. L’enzyme bifonctionnelle FLXLC s’est montrée bien plus efficace. La présence du CBM représente une stratégie capable d’améliorer nettement les rendements de saccharification. L’utilisation de surfactant lors des hydrolyses enzymatiques de la paille de blé permet d’améliorer nettement les rendements en glucose libéré.

La pyrolyse flash (PF) en un procédé thermochimique qui permet de convertir la biomasse en bio-huiles. Ces dernières sont des vecteurs énergétiques-matériaux avec un haut potentiel pour la substitution du pétrole. Néanmoins, l’acidité et la forte teneur en particules de charbon et en oxygène des bio-huiles issues d’un procédé de PF conventionnel limitent leurs utilisations à l’échelle industrielle.L’objectif principal de ce travail était d’améliorer la qualité des bio-huiles par le biais d’une unité de post-traitement ex-situ des vapeurs de PF couplant un filtre à particules à haute température (FHT) et un réacteur catalytique.Dans un premier temps, une campagne d’essais dédiée au FHT a permis de valider son efficacité et de mieux comprendre : (i) l’impact de trois paramètres (température de filtration, épaisseur de la couche de charbon déposée et teneur en matières inorganiques de la biomasse), sur la nature et l’avancement des réactions secondaires et, (ii) ses limites opérationnelles vis-à-vis de cycles de régénération.Dans un deuxième temps, différents matériaux catalytiques ont été testés sous forme d’extrudés. La zéolite microporeuse HMFI-90 s’illustre par une forte activité sur les molécules légères oxygénées (acides, aldéhydes, cétones). Une étude paramétrique a permis d’identifier un bon compromis entre gain de PCI et pertes de rendement, puis de tester sa stabilité.Finalement, nous avons testé une nouvelle gamme de catalyseur par imprégnation de nanoparticules de fer sur un support d’alumine gamma de porosité bimodale afin d’améliorer la performance du traitement catalytique vis-à-vis de la composition complexe (multicomposante et multi phasique) des vapeurs de PF. A titre exploratoire, ce deux catalyseur ont été associés en cascade et ouvrent des perspectives prometteuses pour améliorer la performance du traitement catalytique de vapeurs de PF
Flash pyrolysis (FP) is an efficient thermochemical route to convert biomass in bio-oils. Bio-oils are energetic and material renewable vectors with a high potential to replace fossil fuel. Nevertheless, bio-oils are high oxygenated and acidic liquids with a high content of solid particles. These particular physico-chemical properties are the main drawbacks that hinder the development of industrials bio-oil applications. The main goal of this work has been to upgrade the quality of flash pyrolysis oils. To reach this goal, we developed an ex-situ post-treatment unit composed of: a hot has filter unit (HGF) and a fixed bed catalytic reactor.Firstly, several experimental campaigns, conducted at laboratory and pilot scale, shown the impact of three HGF parameters (HGF temperature, HGF char thickness, and inorganic content of raw biomass) in the nature and extension of secondary reactions inside the HGF unit. In addition, limitations concerning to long-term process operation of HGF units were identified. Secondly, the catalytic activity of several materials in the form of pellets was investigated. Micro porous zeolite HMFI-90 showed a high activity on the conversion of light oxygenated molecules such as: acids, aldehydes and ketones. A parametric study allowed us to identify a compromise between the rise in the energy content of catalytic bio-oils and the loss in the organic yield. Lastly, taking into consideration the complex (multicomponent and multiphase) composition of FP vapors we explored a new cascade catalytic strategy. For that, we first tested a new catalyst formulation based on iron nanoparticles supported on hierarchical porous gamma-alumina pellets (Fe/bi-Al2O3). Then, we used both catalyst (zeolite HMFI90 and Fe/bi-Al2O3) in a cascade configuration. Our results suggested that this new cascade strategy could enhance the overall catalyst treatment performance

Le développement des voies de valorisation de la biomasse par gazéification, très prometteuses pour la production de biocarburants, est ralenti à cause de la concentration trop élevée de goudrons dans le gaz produit par ce procédé. Des travaux récents ont montré que les métaux, lorsqu’ils sont imprégnés dans la biomasse, limitent la génération des goudrons primaires, produits lors de l’étape de pyrolyse qui précède les réactions d’oxydation. L’objectif principal de ce travail est d’étudier l’influence des métaux imprégnés sur les mécanismes de pyrolyse et sur les rendements en goudrons de cette étape. La réactivité du char formé, qui est dopé en métal, par rapport aux réactions d’oxydation a également été évaluée. L’étude de l’influence du fer et du nickel sur la pyrolyse des principaux polymères qui constituent la biomasse (cellulose, xylane, lignine) et d’échantillons de biomasses a permis de mettre en évidence que les métaux favorisent principalement les mécanismes de formation du char, ce qui inhibe les réactions de dépolymérisation et de fragmentation, responsables de la production des goudrons. Imprégné dans les phases amorphes des polysaccharides, le nickel catalyse aussi des réactions de dépolymérisation. Ce résultat explique que la réduction des rendements en goudrons soit plus forte avec le fer qu’avec le nickel. Par contre, le nickel est plus efficace pour limiter la production des molécules contenant un noyau benzénique et pour catalyser des réactions secondaires des matières volatiles, comme le reformage à la vapeur. Lors des expériences de gazéification de char dopé en fer, des problèmes de désactivation du catalyseur métallique, qui conduisent à un ralentissement de la cinétique de la réaction d’oxydation, sont observés. Au contraire, l’activité catalytique du nickel est stable et rend possible les réactions d’oxydation du char au CO2 à 600 °C et à la vapeur d’eau à 500 °C. Ces résultats indiquent que l’approche, qui consiste à imprégner des métaux dans la biomasse, permet d’envisager la mise en oeuvre de procédés de gazéification à basse température ; ce qui limiterait le problème des goudrons et permettrait d’améliorer l’efficacité énergétique des procédés
The very promising development of the use of biomass for biofuel production by gasification is slowed down owing to too high tar concentration in the gas produced by this process. Recent works showed that, when impregnated in biomass, metals display catalytic activity that results in a significant decrease in the production of the primary tars, during the pyrolysis step, which precedes the oxidation reactions. The main aim of this work was to assess the effect of impregnated metals on pyrolysis mechanisms and on the tar yield of this step. The reactivity of the metal-doped char produced, during the oxidation reactions, was also evaluated. The study of the influence of iron and nickel on the pyrolysis conversion of the main polymers that form biomass (i. E. Cellulose, xylan and lignin) and of biomass samples showed that impregnated metals mainly catalyzed the mechanisms of char formation. This phenomenon inhibited the depolymerization and fragmentation reactions, which are responsible for most tar formation. When impregnated in the amorphous phase of the polysaccharides, nickel also promoted some depolymerization reactions. This result explains the bigger decrease in tar production obtained with iron than with nickel. However, nickel was more efficient in limiting the production of molecules containing a benzene ring and to catalyze the secondary reactions of volatile compounds. During gasification tests, the conversion of the iron-doped char revealed problems of deactivation of the metal catalyst, which led to a decrease in the reaction rate of the oxidation reaction. On the contrary, the catalytic activity of nickel was stable and made possible the oxidation reactions of char at 600 °C with CO2 and at 500 °C with steam. These findings show that the approach which consists in impregnating biomass with metals, allows considering the implementation of gasification processes at low temperature, which could limit the tar problem and could improve the energy conversion efficiency of these processes

Les resultats des experimentations destinees a caracteriser le systeme transpaille sont presentes apres une synthese bibliographique sur les methodes de valorisation energetique de la biomasse agricole. Tous les essais ont ete realises dans un pilote de 120 litres. Les resultats ont permis d'etablir des relations entre la retention de solide et la concentration injectee ainsi que l'influence de la variation de la concentration injectee sur le regime permanent dans le reacteur. Le regime d'ecoulement de la phase solide, le temps de passage et les principes qui le gouvernent, le melange de la phase liquide ont ete egalement definis. Quant aux principales variables operatoires, des valeurs optimales du temps de passage et de la charge volumique ont ete determinees

La biomasse lignocellulosique (BLC), composée des déchets végétaux agricoles et/ou forestiers, représente une ressource renouvelable prometteuse pour la production de bioéthanol de deuxième génération et faire face à l'épuisement des énergies fossiles. Le procédé de valorisation de la BLC appliqué ici comprend une étape de prétraitement par deux liquides ioniques (LI) hydrophiles dérivés d'imidazolium, le 1-éthyl-3-méthylimidazolium acétate [Emim][OAc] et le 1-éthyl-3-méthylimidazolium méthylphosphonate [Emim][MeO(H)PO2], puis une hydrolyse enzymatique par des cellulases de Trichoderma reesei et des xylanases de Trichoderma longibrachiatum, suivie d'une étape de fermentation éthanolique microbienne testée sur quatre espèces de levures: Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus, Scheffersomyces shehatae et Scheffersomyces stipitis. Deux BLC réelles ont été étudiées : le saule blanc (résidu forestier) et le son de blé désamidonné (résidu agricole). Les résultats ont montré que le prétraitement des BLC aux LI à 35°C permet une augmentation de la digestibilité enzymatique des polysaccharides (rendements en glucose jusqu'à +56,7% et rendements en xylose jusqu'à +31,1%) par rapport au contrôle sans prétraitement. De plus, la performance des procédés de fermentation éthanolique est améliorée d'un facteur 1,3 à 4,6 en fonction du substrat étudié et de l'espèce de levure utilisée. Ainsi, les LI sont des solvants prometteurs pour le prétraitement de la (ligno)cellulose à basse température permettant une hausse des rendements d'hydrolyse enzymatique et de production éthanolique
The lignocellulosic biomass (LCB), derived from forest and/or agricultural residues, represents a promising and renewable feedstook to produce second generation bioethanol and to handle the depletion of fossil fuels. The bioethanol production process applied in this study starts with a LCB pretreatment using two hydrophilic imidazolium-based ionic liquids (ILs), the 1-éthyl-3-méthylimidazolium acétate [Emim][OAc] and the 1-éthyl-3-méthylimidazolium méthylphosphonate [Emim][MeO(H)PO2], followed by an enzymatic hydrolysis by cellulases from Trichoderma reesei and xylanases from Trichoderma longibrachiatum and a microbial ethanolic fermentation tested with four yeast species: Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus, Scheffersomyces shehatae and Scheffersomyces stipitis. Two real LCBs were studied : the white willow (forest residue) and the destarched wheat bran (agricultural residue). The results showed that IL-pretreatment of LCBs at 35°C improves the polysaccharides enzymatic digestibility (up to +56.7% for glucose yields and up to +31.1% for xylose yields) in comparison with the control without pretreatment. In addition, the performance of ethanolic fermentation processes is enhanced by a factor of 1.3 to 4.6 depending on the substrate studied and the yeast species used. Thus, ILs are promising solvents for the pretreatment of (ligno)cellulose at low temperatures allowing an improvement in enzymatic hydrolysis and ethanolic production yields

Étude des suspensions marines, constituées de particules soit terrestres soit biologiques. Étude en 3 sites de la charge alimentaire. Expression des résultats sous forme de maillon trophique : phytoplanctonique et bactérien.

L'étude consiste à décrire les phénomènes thermiques et aérauliques dans le bâtiment à l'aide d'un outil simplifié : la méthode zonale. Il s'agit d'une méthode simplifiée tridimensionnelle basée sur le partitionnement en un petit nombre de sous-volume, intermédiaire entre les modèles à un nœud et les maillages fins. On écrit des bilans de masse et d'énergie dans chaque sous-volume tandis que les échanges dans les interfaces sont déterminés par des lois reliant les débits aux différences de pression. L'aspect modulaire de la méthode facilite son implémentation dans un environnement orienté objet et le logiciel Spark, adapté à la résolution de gros systèmes d'équations non-linéaires, est utilisé à cet effet. Les résultats sont valides par rapport à différentes références expérimentales et numériques. Une étude paramétrique détermine les coefficients empiriques judicieux ainsi que les caractéristiques d’un maillage optimal. Un autre atout d'un environnement objet réside dans les possibilités de couplage. On traitera successivement l’exemple d’un modèle de description du confort, celui des transferts par conduction en tenant compte des effets tridimensionnels ainsi qu’un modèle de transferts de masse. La simulation des effets d’une source de chaleur donne des résultats conformes aux constatations expérimentales dans l’ensemble du volume. Enfin, le cas de la convection mixte est traité en prenant en compte la conservation de l’énergie cinétique dans l’écoulement ; les résultats correspondent à ceux obtenus avec un modèle de champ
This work consists in the description of the air flow and heat transfer in buildings, making use of a simplified tool : the zonal method. It is a 3D methode based upon the partitionning into a small number of subzones, intermediate between one-node and CFD models. Mass and energy balances arc written in each subvolume while the mass flow in the interfaces are calculated by power pressure laws. The modularity of the method makes it particularly suitable for an implementation in an object orentied environment. The SPARK environment, fit for the resolution of large nonlinear equations systems, is hence used. Results are validated by comparison with various experimental and numerical references. A sensitivity analysis is then performed to determine the appropriate empirical coefficients as well as the characteristics of an optimal mesh. The properties of the object oriented environment are taken advantage of by coupling the zonal method with a thermal comfort model, a conductive model (taking into account 3D effects) and a mass transport model. The simulation of the influence of a heat source yields results consistent with experimental data, in the whole domain studied. Last, the combined natural and forced convection case is treated by adding a model for kinetic energy conservation in the subzones, and the calculated mass flows tally with the CFD results
Im Rahmen dieser Arbeit werden thermische und strömungsmechanische Phänomene in Gebäuden mit Hilfe einer vereinfachten Methode, der sogenannten « zonalen Methode » numerisch beschrieben. Diese dreidimensionale Methode basiert auf der Unterteilung des physikalischen Problems in eine begrenzte Anzahl von Teilvolumen. Sie liegt damit zwieschen der Vereinfachung auf einen einzelnen Knoten und dem dichten Gitter einer vollständigen, strömungsmechanischen Beschreibung. Für jedes Teilvolumen wird die Massen une Energiebilanz erstellt, wobei des Massenstrom zwischen den einzelnen Volumen durch die Anwendung physikalischer Gesetze berechnet xird, die den Fluss in Beziehung zum Druckgradienten setzen. Der modulare Aufbau des Modells bei diesem Vorgehen erleichtert die Beschreibung in einer objektorientierten Simulationsumgebung SPARK wurde zur Lösung von grossen, nichtlinearen Gleichungssystemen entwickelt. Die Ergebnisse der Simulationen aus diesem Ansatz werden mit Daten, die mit einer Reihe anderer numerischer und experimenteller Verfahren ermittelt wurden, verglichen und bestätIgt. Durch eine Paramenterstudie werden geeignete empirische Koeffizienten bestimmt, ebenso wie die Struktur eines optimalen Gitters. Ein weiterer Vorteil des objektorientierten Vorgehens liegt in der Möglichkeit mehrere Modelle miteinander zu verknüpfen. So wird die « zonale Methode » verbunden mit einem Modell für thermischen Komfort, einem Wärmeleitungsmodell, das 3D Effekte behandelt, und einem Modell für Stoffransport. Die Simulation des Einflusses einer Wärmequelle liefert Ergebnisse, die mit experimentell ermittelt Ergebnissen für einen entsprechenden Fall übereinstimmen. Abschliessend wird ein Fall der gemischten (erzwungene und freie) Konvektion untersucht, wobei die Erhaltung der kinetischen Energie des Strömung angenommen wird. Die Ergebnisse stimmen mit denen des Feldmodells überein

Les secteurs agro-energie et agro-industrie sont consideres simultanement. Un interface conceptuel permettant de mieux comprendre l'exploitation rationelle de cultures non alimentaires telles que le ble, le sorgho, la canne a sucre etc, en vue de la production simultanee de divers produits et sous produits: papier, sucre, biocarburants, electricite, est propose et ceci dans la perspective de l'adaptation a l'environnement et a sa sauvegarde. Le travail permet de combiner puis de synthetiser des informations disponibles issues de sources diverses, sur l'environnement, l'energie, la technologie et la science relatives a des cultures non alimentaires et de leur valorisation industrielle. L'etude est basee sur le genie des procedes et conduit a des estimations quantitatives utilisables comme aides a la decision. Le systeme considere va de la culture aux produits finis. La mise en uvre de la methodologie utilise la programmation lineaire. Trois niveaux sont consideres. L'integration des procedes repose sur la possibilite de productions agricoles diverses suivies de transformations et raffinages varies. L'integration energetique est basee sur la technologie de la cogeneration, et l'integration environnementale est developpee a partir d'une approche systeme basees sur des bilans entree-sortie. Le systeme global d'analyse est organise en modules, par exemple: analyse meso-energetique, analyse meso-environnementale, strategie de couplage industriel, evaluation pour l'exploitation de terrains en jacheres, etc chacun de ces modules est constitue par divers modeles lies entre eux. La methodologie permet de discerner diverses options de couplage d'unites industrielles en fonction des produits: papier, sucre, biocarburants, electricite, des types de cultures possibles et de la situation geographique

Ces travaux ont pour finalité, la préparation des acides carboxyliques à partir de la dégradation de ressources glucidiques. Des synthèses assistées par micro-ondes et dans des conditions sans solvants combinées à l’utilisation de supports solides ont été privilégiées dans un souci environnemental et énergétique. Dans un premier temps, la dégradation alcaline de glucides simples tels que le glucose, le fructose, le mannose et le saccharose sur support alumine (Al2O3) a été investiguée. Par la suite, une deuxième voie de synthèse utilisant des oxydants forts également supportés sur alumine a été étudiée. Puis, la dégradation acide du glucose ou du fructose à partir d’un acide jouant le rôle à la fois de support solide et de catalyseur a été réalisée. Dans ces travaux, les plans d’expériences ont été utilisés dans le but de minimiser les essais d’une part, mais également pour étudier les effets des différents paramètres opératoires en vue d’une optimisation des procédés
This work aims, the preparation of carboxylic acids starting from glucidic resources degradation. Microwaves organic syntheses under solventless conditions combined with the use of solid supports were privileged in an environmental and energy concern. Initially, the alkaline degradation of simple carbohydrates such as glucose, fructose, mannose and saccharide on support alumina (Al2O3) was investigated. Thereafter, a second way of synthesizing carboxylic acids using strong oxidants also supported on alumina was studied. Finally, the acid degradation of glucose or fructose starting from an acid with both a catalytic and a solid support properties was carried out. In this work, the experimental designs were often used with an aim of minimizing the experiments on the one hand, but also to study the effects of the various operational parameters for an optimization of the processes

L'objectif general de ce travail etait d'examiner la possibilite d'introduire les huiles de pyrolyse de la biomasse dans les charges des unites d'hydrotraitement. Il fallait donc savoir s'il etait possible de convertir des molecules oxygenees dans les conditions de l'hydrotraitement sur le meme type de catalyseur et en presence de molecules caracteristiques des charges a hydrotraiter, notamment les molecules azotees. Cette etude a donc porte sur la transformation de molecules oxygenees modeles, et plus particulierement le benzofuranne, dans des conditions proches de la realite industrielle (reacteur dynamique, 350c, pression d'hydrogene: 50 bar, catalyseur nimo/al#2o#3). La transformation du benzofuranne se produit par l'intermediaire du 2-ethyl phenol qui s'hydrogene ensuite pour conduire au 2-ethyl cyclohexanol. Ce dernier se deshydrate tres rapidement en ethylcyclohexene, lui meme s'hydrogenant tres vite en ethylcyclohexane. Une reaction parallele d'hydrogenolyse, minoritaire, permet d'obtenir l'ethylbenzene directement a partir du 2-ethyl phenol. Le benzofuranne exerce un effet inhibiteur important sur la transformation de son intermediaire: le 2-ethyl phenol, ce qui explique la faible hydrodesoxygenation obtenue meme a conversion elevee du benzofuranne alors que l'hydrodesoxygenation du 2-ethyl phenol dans les memes conditions de reaction est importante. La comparaison des differentes reactions d'hydrotraitement a montre que l'hydrodesulfuration etait la plus facile des reactions d'hydrotraitement tandis que l'hydrodesazotation etait la plus difficile. Le schema reactionnel de l'hydrodesulfuration est different de celui de l'hydrodesoxygenation puisque le benzothiophene conduit directement a l'ethylbenzene sans passer par le 2-ethylcyclohexanethiol. Le produit final de l'hydrodesazotation est l'ethylcyclohexane comme dans le cas de l'hydrodesoxygenation. Enfin, il existe un effet inhibiteur tres important mais totalement reversible de la n-butyl amine sur la decomposition du benzofuranne, du a une competition a l'adsorption sur les sites actifs

Ce travail avait pour objectif d'étudier le comportement catalytique des catalyseurs métalliques (Rh ou Ni) supportés sur des oxydes de terres rares CexZr1-xO2 dans la réaction de vaporeformage de l'éthanol ex-biomasse. Le catalyseur 1%Rh/Ce0,50Zr0,50O2 a montré une bonne activité avec un bon rendement en hydrogène. Par la suite les travaux se sont orientés d'une part vers la compréhension des réactions d'inter-conversion entre H2, CO et CO2 qui conduisent à la formation de CH4 et d'autre part vers la caractérisation des propriétés intrinsèques des catalyseurs. Ces études nous ont confirmé le caractère basique des catalyseurs ainsi que leur activité en hydrogénation. Par ailleurs, la grande activité des catalyseurs dans la réaction d'hydrogénation de CO a permis de mettre en évidence la nécessité d'utiliser un catalyseur qui soit moins actif en hydrogénation et qu'il possède un caractère basique afin d'améliorer le rendement en hydrogène
This work concerned a study on catalytic behaviour of metallic catalysts (Rh or Ni) supported on earth rare oxides CexZr1-xO2 in ethanol steam reforming in order to hydrogen production. Catalyst 1%Rh/Ce0,50Zr0,50O2 showed a good activity with a good hydrogen yield. We turned a study onto understanding inter-conversion reaction between H2, CO and CO2 which lead to CH4 formation. We can also study intrinsic properties of catalysts. We can confirm basic character of catalysts and a good hydrogenation activity. A good activity in CO hydrogenation allowed to evidence a necessity to use a catalyst which less active in hydrogenation reaction and with a basic character in order to improve hydrogen yield

Le réchauffement climatique est l'un des principaux problèmes de ce siècle. Les politiques européennes soutiennent le développement des énergies renouvelables afin d'atteindre, d'ici 2020, l'objectif fixé par l'Union Européenne (UE). Ce dernier stipule que 20% de l'énergie produite devra provenir d'une source renouvelable. La combustion de la biomasse sous forme de bois est la plus importante des ressources renouvelables. Par conséquent, le développement de celle-ci est fondamental pour atteindre l'objectif de l'UE. Les plaquettes forestières sont des morceaux de bois déchiquetés. Elles présentent de nombreux avantages pour la production d'énergie thermique, en particulier, elles possèdent un bilan carbone neutre. Lors de la combustion, la présence d'eau dans le bois ne produit pas d'énergie mais provoque une perte de chaleur dans le processus de l'évaporation de l'eau. Par ailleurs, plus il y a d'eau moins il y a de bois pour une masse donnée de combustible. De ce fait, la connaissance de la teneur en eau dans le bois permet de déterminer son pouvoir calorifique et donc son prix. Dans cette thèse, plusieurs techniques fondées sur l'étude de la permittivité ont été proposées afin de prédire la teneur en eau des plaquettes forestières à grande échelle. Les systèmes externes fondés sur la réflectivité électromagnétique du matériau sont peu fiables en raison de leur dépendance à l'état de surface du combustible. Celui-ci est très variable en fonction des conditions d'utilisation et climatiques. Les dispositifs internes sont plus performants. Des systèmes internes capacitifs et à base de résonateurs ouverts ont été étudiés. Un prototype de dispositif à résonateur a été réalisé et testé en conditions réelles de production
Global warming is one of the major problems of this century. Thus, European policies support the development of renewable energies in order to reach the target set by the European Union by 2020: 20% of the energy consumption must come from renewable resources. The combustion of wood biomass is the larger of the renewable energies and thus the increase of it is a key factor to get the expected target. Wood chips are shredded wood that present many advantages for the production of thermal energy. In particular, they are considered a carbon neutral fuel. During combustion, the water content does not produce energy but causes a heat loss in the process of the evaporation of the water. Moreover, for a given mass of biofuel, the larger water content, the smaller the wood available. Therefore knowing the moisture content (MC) allows to determine the calorific value of the biofuel and then its price. In this thesis several techniques based upon the study of the permittivity of large samples of wood chips have been proposed to predict the MC. External systems based on measurements of the reflected energy by the material are not reliable because of their dependence on the surface of the fuel, which can be very changeable under rough industrial and weather conditions. Internal devices are more efficient. They are based on either a capacitive technology or on open resonator technology. Due to promising results, a prototype of a resonator device was implemented and tested in real operating conditions

Le but de cette thèse est de contribuer à l'amélioration de la connaissance du potentiel hydraulique à des fins d'exploitation énergétique. Dans ce but, il a été nécessaire de préciser les limites de notre système d'étude, que l'on identifiera au système physique, pris dans un environnement global. L'objectif de ce travail est aussi de montrer que l'utilisation d'un potentiel, ici hydraulique peut être améliorée par une action, quand elle est possible, sur des contraintes qu'il faudra mettre en évidence. L'environnement global du système d'étude est analyse, en premier lieu afin d'identifier les caractéristiques socio-économiques (population, agriculture. . . ) et physiques (géographique, climat, géologie, pédologie, végétation. . . ) de cet environnement, puis de souligner, parmi ces caractéristiques, celles qui peuvent jouer le rôle de contraintes, agissant sur le système d'étude. On analyse ensuite l'évaluation du potentiel hydraulique de la Corse, en précisant la part apportée par les eaux superficielles, souterraines et artificielles. Le deuxième chapitre met l'accent sur l'évaluation des potentialités hydroélectriques actuelles et futures de l'ile, dans un contexte électrique particulier, par rapport au modèle national. Dans le cas particulier de la petite hydraulique, nous apporterons des raisons expliquant le retard du développement des petites centrales hydroélectriques dont les perspectives d'avenir sont réduites, voire compromises. Enfin, on présente les résultats de l'étude des relations pluie-débit appliquées à la Corse. En raison de l'absence de données suffisantes, seuls les modèles déterministes à réservoir ont été considérés, ainsi que leurs limites d'application et les solutions pour y remédier.

Botryococcus braunii Bot-22 a été cultivée dans un photobioréacteur plat dans des conditions photoautotrophiques continues. Deux densités de flux de photons (PFD) de 50 et 500 μmol quanta m-2 s-1, deux taux de dilution de 0.178 et 0.357 d-1, trois concentrations différentes d'oxygène dissous et deux périodes de exposition à la lumière ont été appliquées pour produire de différentes productions de biomasse et 'd'hydrocarbures et de profil d’acides gras. L'augmentation de dix fois du PAR-PFD appliqué sur la surface du photobioréacteur induit une augmentation transitoire du rEX, avant d'atteindre un nouvel état stationnaire correspondant à une productivité de la biomasse de 21.34 g m-2 d-1, qui représente une augmentation de 360 % par rapport à la productivité obtenu sous 50 μmol quanta m-2 s-1. En revanche, aucun changement apparent de rEX n'a été observé après avoir doublé le taux de dilution à PFD constant et cela malgré une double augmentation de la productivité de la biomasse jusqu'à 47.8 g m-2 d-1. La productivité des hydrocarbures extracellulaires a suivi la même tendance que les celle de biomasse, atteignant une valeur maximale de 12.4 g m-2 d-1 pour un rendement estimé de la biomasse sur l'apport lumineux de 1.1 g mol de photons-1. La productivité d'hydrocarbures la plus élevée correspondait aux photons continus, une dilution de 0.357 d-1, 500 μmol quanta m-2 s-1 et à 4 % de la concentration d'oxygène dissous. Les principaux acides gras du «B. braunii race B strain BOT-22 fatty acids » étaient l'acide oléique, l'acide palmitique, l'acide a-linoléique, et l'acide stéarique
Botryococcus braunii Bot-22 was cultivated in a flat-panel photobioreactor under continuous photoautotrophic conditions. Two photon flux densities (PFD) of 50 and 500 μmol photons m-2 s-1, two dilution rates of 0.178 and 0.357 d-1, three different dissolved oxygen concentration and two light periods were applied to provide different biomass and hydrocarbon production and fatty acids profile. The tenfold increase of the PAR-PFD applied on the photobioreactor surface induced a transient increase of rEX, before reaching a new steady state corresponding to a biomass productivity of 21.34 g m-2 d-1, a 360 % increase as compared to the productivity obtained under 50 μmol photons m-2 s-1. By contrast, no apparent change of rEX was observed after doubling the dilution rate at constant PFD, despite a twofold increase of the biomass productivity, up to 47.8 g m-2 d-1. The extracellular hydrocarbons productivity followed the same trend as the biomass data, reaching a maximal value of 12.4 g m-2 d-1 for an estimated biomass yield on light supply of 1.1 g mol photons-1. The highest hydrocarbon productivity was corresponding to continuous light, dilution rate of 0.357d-1, 500 μmol photons m-2 s-1 and 4 % of dissolved oxygen concentration. The main fatty acids of B. braunii race B strain BOT-22 fatty acids were, oleic acid, palmitic acid, a-linoleic acid, and stearic acid

Les microalgues sont des organismes photosynthétiques considérés pour la production d'énergie. Les photobioréacteurs sont des systèmes fermés avec des productivités plus importantes que les bassins ouverts. Cette étude concerne l'expérimentation et la modélisation d'un réacteur du type « airlift à circulation interne». Des microparticules sont ajoutées pour modéliser les concentrations d'algues dans le réacteur. Les fractions du gaz et les vitesses du liquide ne sont pas affectées par la présence de microparticules. La distribution de la lumière dans le réacteur est calculée en considérant les concentrations de la biomasse et les propriétés optiques des algues. La lumière est atténuée de la paroi jusqu'au centre du réacteur et cette atténuation augmente avec la concentration de la biomasse. Les productivités de biomasse, estimées en utilisant deux modèles biologiques, montrent que celles obtenues dans les photobioréacteurs sont plus élevées que celles obtenues dans les bassins ouverts. La capacité du réacteur pour absorber du CO2 et produire de l'O2 est évaluée selon les productivités obtenues. A intensités lumineuses modérées, l'O2 dissout n'atteint pas le niveau d'intoxication, même pour de faibles débits d'air. Le CO2 et le CIT deviennent limitant si de l'air naturel est injecté dans le bioréacteur. Il est donc nécessaire d'injecter de l'air enrichi en CO2. L'hydrodynamique d'un réacteur airlift hélicoïdal est également présentée. Deux diamètres de tuyaux sont testés dans la section hélicoïdale. Une corrélation est proposée pour estimer le coefficient de frottement en fonction du Reynolds et le rapport entre le diamètre d'enroulement et le diamètre de tuyau. Pour réaliser la culture de microalgues à l'échelle industrielle, il est indispensable d'obtenir un bilan énergétique positif et de faibles émissions de GES. Pour cela, il faudra intégrer la culture dans des procédés de transformation tels que la production de biodiesel et la digestion anaérobique
Microalgae are photosynthetic organisms considered today for energy production. Photobioreactors are closed systems that present higher productivities than open ponds. In this study, a hydrodynamic model is developed for an internal airlift reactor and validated experimentally. Microparticles are added to the reactor at concentrations found in current microalgae cultures. Results show that gas hold-up and liquid velocities are not affected by the presence of particles. Light distribution and availability in the internal airlift reactor is calculated, taking into account biomass concentrations and algae optical properties. Light is attenuated from the wall to the reactor center while this attenuation increases with biomass concentrations. Based on two biological models, biomass productivities achieved in photobioreactors are higher than in open ponds. From biomass productivities, the reactor capacity to absorb CO2 and to release O2 is estimated. Results show that at moderate irradiances, dissolved O2 levels do not reach intoxication at low air flow rates. If natural air is injected into the reactor, CO2 and TIC become limiting therefore, it is necessary to inject CO2-enriched air. The hydrodynamics of a helical airlift reactor is also presented. Two pipe diameters are tested in the helical section. A mathematical correlation is proposed to estimate the friction factor as a function of the Reynolds number and curvature ratios. To perform microalgae culture at large scale, it is necessary to obtain a positive energy and GHGs balance. Therefore, microalgae culture has to be integrated in a system where conversion processes such as biodiesel production and anaerobic digestion are performed

Source d’énergie renouvelable et non polluante, le biohydrogène connaît un intérêt croissant. En culture continue sur glucose, la productivité d’hydrogène la plus élevée est réalisée par la bactérie anaérobie Clostridium acetobutylicum avec 2,4 litres d’hydrogène produit l-1 h-1. Cette production d’hydrogène est catalysée par la [FeFe]-hydrogénase HydA. Pour comprendre et améliorer les capacités de ce micro-organisme pour la production d’hydrogène, nous avons voulu caractériser les relations structure-fonctions de HydA avec ses partenaires d’oxydo-réduction. Par homologie avec l’hydrogénase à fer I de Clostridium pasteurianum, les centres [4Fe-4S] FS4C et [2Fe-2S] FS2, situés en surface de la protéine, pourraient être impliqués dans le transfert inter-moléculaire d’électrons entre HydA et ses partenaires d’oxydo-réduction. Notre objectif a alors été de déterminer l’implication de FS4C et FS2 dans ce transfert. Pour cela, des mutations par substitutions d’acides aminés et par délétions de domaines ont été effectuées au niveau de FS4C et FS2. Pour palier des problèmes d’instabilité des hydrogénases à fer native et modifiées, le protocole de purification a été amélioré. L’hydrogénase native a nettement été stabilisée, mais l’instabilité persistante des hydrogénases modifiées est restée une limitation importante pour leur caractérisation catalytique. La perte d’activité des hydrogénases modifiées a pu être corrélée à une perte importante de fonctionnalité de leur site actif et à un nombre d’atomes de fer incorporés inférieur à la valeur théorique. Les partenaires physiologiques d’oxydo-réduction de HydA chez C. Acetobutylicum, la ferrédoxine CAC0303 et la flavodoxine, ont été purifiés. Le profil catalytique complet et les paramètres cinétiques des activités de consommation et de production d’hydrogène de HydA native avec différents partenaires d’oxydo-réduction ont été déterminés. L’amélioration du protocole de purification a permis d’augmenter significativement les activités de consommation et production d’hydrogène. Nous avons confirmé la préférence in vitro de HydA à catalyser la consommation de l’hydrogène par rapport à la production. Une valeur très élevée de kcat a été obtenue avec le substrat artificiel, méthyl viologène, en consommation d’hydrogène. Cela semble indiquer que le méthyl viologène pourrait interagir plus ou moins directement avec le site actif de l’enzyme, en évitant le transfert intra-moléculaire d’électrons. Des efficacités catalytiques élevées de consommation et de production de l’hydrogène ont été obtenues avec le méthyl viologène (sauf sous sa forme réduite), la ferrédoxine et la flavodoxine. Ce résultat reflète le haut potentiel de HydA pour les réactions liées à l’hydrogène, potentiel conservé aussi bien pour ses partenaires redox physiologiques qu’artificiel. Ainsi, en condition de croissance en carence en fer, la substitution de la ferrédoxine par la flavodoxine ne serait pas une limitation pour l'activité hydrogénase in vivo
The biological production of hydrogen, a "clean" energy carrier, has recently aroused a great interest. The most efficient reported micro-organism for hydrogen production from hexose is the anaerobic bacterium Clostridium acetobutylicum with a chemostat production of 2. 4 l H2 l-1 h-1, catalyzed by the HydA [FeFe]-hydrogenase. In order to understand and improve C. Acetobutylicum hydrogen potentialities, we have attempted to characterize the structure-function relationships of HydA with its redox partners. By homology with the [FeFe]-hydrogenase of Clostridium pasteurianum, the [4Fe-4S] FS4C and [2Fe-2S] FS2 clusters located on the protein surface were predicted to be involved in the inter-molecular electron transfer between HydA and its redox partners. Our goal was to determine the implication of the FS4C and FS2 clusters in this transfer. To do so, mutagenesis by amino acid substitutions and domain deletions was performed on FS4C and FS2. In order to stabilize native and modified hydrogenases, the purification protocol was improved. Native hydrogenase was successfully stabilized, while the persisting instability of modified hydrogenase was an obstacle of their catalytic characterization. Decreased activity of modified hydrogenases was due to a loss of active site functionality and to a lower iron content than the theoretical value. The physiological redox partners of HydA, ferredoxine CAC0303 and flavodoxin, were purified. The complete catalytic profile of HydA and its kinetic parameter with different redox partners for hydrogen uptake and hydrogen production were determined. The optimized purification protocol led to a significant increase of both hydrogen uptake and hydrogen production activities. We confirmed that the in vitro hydrogen uptake was more favourable than the hydrogen production. A very high kcat was determined with the artificial substrate methyl viologen for the hydrogen uptake activity. This result might indicate that methyl viologen could be prone to interact more or less directly with the active site, shunting the intra-molecular electron transfer chain. High catalytic efficiencies for both H2 uptake and H2 production activities were observed with either artificial (except for reduced methyl viologen) and physiological redox partners. This result reflects the high potential of HydA for hydrogen-related activities which is conserved with three different electron carriers. Hence, in iron-limited growth conditions, the in vivo substitution of ferredoxin by flavodoxin might not be a limitation for in vivo hydrogenase activity

La première partie construit une grille contextuelle qui a pour ogjectif de présenter les principaux impacts du développement dans les pays en voie de développement. Certaines tendances du développement telles que la croissance des consommations d'énergie, les trajectoires environnementales, la croissance économique et l'accroissement démographique sont analysées. Puis une analyse globale de modélisation des courbes environnementales de Kuznets et de la prospective du développement est présentée. La deuxième partie présente différents types d'instruments de politiques de protection de l'environnement, ainsi que les enjeux théoriques et les expériences de leur mise en oeuvre dans les pays de l'OCDE, en particulier dans le secteur énergétique. Elle porte également sur les pratiques de politiques-énergie-environnement et leurs impacts environnementaux sur l'économie, sur le rôle des facteurs institutionnels dans la gestion environnementale dans les PADR. Les priorités de la gestion environnementale dans une approche intégrée dans les PADR sont présentées et comparées avec les expériences de gestion environnementale des pays de l'OCDE. Notre étude de cas du secteur électrique au Vietnam dans la troisième partie a pour objectif de faire un inventaire des émissions dans un secteur en croissance très rapide et le plus important émetteur d'émissions atmosphériques et de mener un bilan critique des instruments d'évaluation des politiques environnementales en comparant des approches fondées sur des modèles "bottom-up" et "top-down". Enfin un modèle et un ensemble de scénarios permettant d'évaluer les conséquences économiques et environnementales de l'instauration d'une politique sectorielle dans le contexte d'une économie en transition sont présentés.