Tesi sul tema "Procédé durable"

Avec l’épuisement des réserves fossiles et les préoccupations environnementales, l’utilisation de la biomasse lignocellulosique renouvelable apparaît comme une voie prometteuse pour la production de produits chimiques non dérivés du pétrole. L’un de ces produits chimiques intéressants est le furfural, qui constitue un substitut viable aux biocarburants et aux additifs. Le furfural peut être généré efficacement par la déshydratation acide des sucres C5 présents dans les hémicelluloses des biomass lignocellulosiques. L’objectif principal de cette étude est de développer un procédé durable de conversion des sucres C5, présents dans les hydrolysats de la biomasse (via le procédé LEEBioTM), en furfural en utilisant l’acide formique comme catalyseur. L’acide formique est très prometteur en raison de sa double fonctionnalité : il sert à la fois de solvant dans l’hydrolyse de la biomasse, produisant des hydrolysats riches en sucre, et de catalyseur efficace pour la déshydratation des sucres C5 en furfural. L’étude a examiné l’impact de divers paramètres opératoires sur la production de furfural, afin d’identifier les conditions optimales par le biais d’expériences en système discontinu utilisant des solutions synthétiques. Trois méthodes d’extraction - stripping à la vapeur, solvants organiques dans le système biphasiques et extraction au dioxyde de carbone supercritique (Sc-CO2) - ont été exploitées pour extraire le furfural du milieu réactionnel, empêchant ainsi sa dégradation et améliorant à la fois le rendement et la sélectivité. Ces procédés d’extraction ont facilité la récupération de tout le furfural produit dans l’extrait, tout en minimisant les concentrations de xylose et de furfural dans le réacteur. En outre, le potentiel de l’acide formique en tant que solvant de fractionnement et catalyseur pour la conversion des sucres C5 en furfural a été exploré en utilisant des hydrolysats obtenus à partir du fractionnement de la biomasse via le procédé LEEBioTM. Dans des conditions optimisées, les rendements en furfural obtenus à partir d’hydrolysats de biomasse réelle ont dépassé ceux rapportés dans la littérature pour tous les systèmes étudiés. De plus, un modèle cinétique a été mis au point pour fournir des informations détaillées sur la conversion des sucres C5 en furfural catalysée par l’acide formique. Ce modèle s’est avéré très précis, prédisant les rendements maximaux réalisables avec une précision de plus de 90 %. Cependant, la présence de composés supplémentaires, tels que des éléments inorganiques et des sucres hexosés, a affecté la précision du modèle. Néanmoins, le modèle est resté applicable pour optimiser la production de furfural à partir de matières premières telles que les xylanes et les hydrolysats de biomasse réels
Along with the depletion of fossil reserves and environmental concerns, the utilization of renewable lignocellulosic biomass stands out as a promising avenue for the production of non-petroleum-derived chemicals. One such chemical of interest is furfural, which serves as a viable substitute for biofuels and additives. Furfural can be efficiently generated through the acid dehydration of C5 sugars found in hemicelluloses within lignocellulosic materials. The primary objective of this study is to develop a sustainable process for converting C5 sugars, present in hydrolysates from biomass hydrolysis (via the LEEBioTM process), into furfural using formic acid as a catalyst. Formic acid exhibits considerable promise due to its dual functionality: serving as both a solvent in biomass hydrolysis, yielding sugar-rich hydrolysates, and as an effective catalyst for the dehydration of C5 sugars into furfural. The study investigated the impact of various operating parameters on furfural production, aiming to identify optimal conditions through batch system experiments utilizing synthetic solutions. Three extraction methods - steam stripping, biphasic organic solvent systems, and supercritical carbon dioxide (Sc-CO2) extraction - were employed to extract furfural from the reaction medium, thereby preventing furfural degradation and enhancing both yield and selectivity. These extraction processes facilitated the recovery of all produced furfural in the extract, while minimizing concentrations of xylose and furfural in the reactor. Furthermore, the potential of formic acid as a fractionation solvent and catalyst for the conversion of C5 sugars into furfural was explored using hydrolysates obtained from biomass fractionation via the LEEBioTM process. Under optimized conditions, furfural yields from real biomass hydrolysates surpassed those reported in the literature for all investigated systems. Additionally, a kinetic model was developed to offer detailed insights into the conversion of C5 sugars into furfural catalyzed by formic acid. This model proved highly accurate, predicting maximum achievable yields with over 90% precision. However, the presence of additional compounds, such as inorganic elements and hexose sugars, did affect the model’s accuracy. Nonetheless, the model remained instrumental in optimizing furfural production from raw materials like xylans and real biomass hydrolysates

Les acides aminés acylés constituent un important groupe de tensioactifs biosourcés présentant des propriétés techno-fonctionnelles et bioactives très attractifs pour des applications en industries alimentaires, cosmétiques, pharmaceutiques… La production de ces molécules à l’échelle industrielle se fait par voie chimique suivant la réaction de Schotten-Baumann, qui en dépit de son efficacité, a un effet négatif sur l’environnement et ne présente aucune spécificité de réaction. L’utilisation de biocatalyseurs enzymatiques est l’alternative la plus prometteuse à cette voie chimique. L’objectif de cette thèse était d’évaluer le potentiel catalytique de différentes enzymes pour la réaction de N-acylation des acides aminés en solvants verts. Dans un premier temps, le couple enzyme / substrat le plus adapté à la réaction a été identifié. Les aminoacylases de Streptomyces ambofaciens en milieu aqueux ont montré une bonne spécificité de substrat vis-à-vis de nombreux acides aminés contrairement à la lipase B de Candida antarctica en milieu non-aqueux. Une relation entre la régiosélectivité des aminoacylases et la longueur de la chaine du donneur d’acyle a été mise en évidence. Cela été lié à la présence de l’ε-lysine acylase dans le mélange enzymatique. L’ajout d’ions cobalt a permis une accélération importante de la vitesse initiale de la réaction de N-acylation et une augmentation du taux de conversion. Dans une deuxième phase, les enzymes ont été immobilisées sur différents supports afin de faciliter leur recyclage. Les enzymes immobilisées sur les supports mésoporeux (SBA15) fonctionnalisés avec de l’APTES ont été sélectionnés comme les meilleurs supports pour l’immobilisation des aminoacylases de S. ambofaciens permettant de maintenir une certaine activité de l’enzyme après immobilisation. Les performances de CALB après immobilisation ont été évalués sous scCO2 pour la réaction de synthèse de l’acétate de géraniol. L’immobilisation de CALB par chimisorption sur des supports siliceux macroporeux avec de l’isocyanate comme greffon a permis une augmentation importante de l’activité par rapport aux autres supports et à l’enzyme CALB commerciale immobilisée sur une résine acrylique. Enfin, l’impact des conditions réactionnelles sur la production de l’undécénoyl-phénylalanine (un surfactant d’intérêt en cosmétique) par les aminoacylases de S. ambofaciens a été évaluée. Le produit de la réaction a été purifié à >99% et l’activité de dépigmentation de la peau a été vérifié
Acylated amino acids are one of the most attractive biobased surfactants for food, cosmetic and pharmaceutic industry regarding their techno-functional and bioactive properties. Those molecules are produced at industrial scale by using Schotten-Baumann chemical method which is a very productive way but non-specific and have a negative impact on the environment. Enzymatic catalysis is one of the most promising alternatives. The aim of this work was to find the best enzymatic way for the N-acylation of amino acids in green solvent. The first step was to select the couple enzyme / reactional medium enabling the implementation of this reaction. Aminoacylases from Streptomyces ambofaciens in aqueous medium showed the best N-acylation specificity towards the amino acids and the acyl donors with some correlating between the structure of the substrates and the catalytic performances compared to CALB which doesn’t show any N-α-acylation activity. The addition of cobalt to the reaction medium allowed an acceleration of the reaction rate and an increase of the activity. In a second time, the activity of the different enzymes was evaluated after the immobilization on various supports. The aminoacylases immobilized on SBA-15 functionalized with APTES showed the best performances compared to the use of the others supports but a decrease of the activity compared to the free enzymes was observed. In the case of CALB, the covalent immobilization using isocyanate as grafting agent on the macroporous silica material allowed a significant improvement of the catalytic performance under scCO2 even better than the commercial immobilized CALB. Lastly, the operational condition affecting the aminoacylases activity for the synthesis of undecenoyl-phenylalanine, a product with cosmetic interest, was evaluated. The product of the reaction was purified to >99% and the skin depigmentation activity was checked

Le coproduit de fabrication de jambon sec est issu de l'opération de désossage de la cuisse de porc parée, salée, séchée et affinée. Il est constitué à plus de 85 % d'os et de tissus associés (cartilages, ligaments, tendons). Le concassage au broyeur à marteau permet d'homogénéiser le coproduit en morceaux de taille inférieure à 8 cm (> 90 % compris entre 40 et 80 mm). La composition chimique de la matière sèche du mélange (77 ± 3 % de MS) est de 33 ± 5 % en protéines (89 % de collagène, 14 % de protéines hydrosolubles, 6 % d'acide aminés libres), 31 ± 3 % en lipides (triglycérides : 70 % ; diglycérides : 3,5 % ; acides gras libres : 11 % ; saturé/insaturé : 0,87 ; 24 % C16 :0 ; 13 % C18 :0 ; 2 % C16 :1 ; 38 % C18 :1 ; 4 % C18 :2) et 26 ± 4 % de matière minérale (phosphate de calcium 88 % ; NaCl 9 %). L'extraction aqueuse des lipides et des protéines du coproduit est étudiée en contacteur agité. Le raffinat solide est séparé par filtration à chaud sous forme de granulat et la matière grasse entraînée est séparée par décantation à froid. L'étude de l'influence des principaux facteurs de l'extraction liquide/solide (temps de contact : 30 à 90 min, température : 40 à 90°C ; ratio eau/coproduit : 4 à 10) grâce à la réalisation d'un plan d'expérience met en évidence les effets de la solubilisation et la coagulation des protéines sur l'entraînement des lipides et leur décantation sous forme de matière grasse. Mis en oeuvre à l'échelle pilote (64 kg de coproduit de jambon sec concassé, 207 kg d'eau, 30 min à 90°C en contacteur agité), le procédé de fractionnement aqueux conduit par filtration centrifuge et séchage à un granulat stable (rendement : 59 % ; matière minérale : 41 % ; protéines : 43 % ; lipides : 16 %), source de phosphate de calcium (95 % de la matière minérale) et de gélatine ou de colle d'os (88 % de protéines de nature collagénique). La fraction matière grasse décantée (rendement : 24 % ; lipides : 93 % ; triglycérides : 75 % ; diglycérides : 4 % ; acides gras libres : 7 % ; saturé/insaturé : 0,82 % ; 37 % C16 :0 ; 15 % C18 :0 ; 2 % C16 :1 ; 44 % C18 :1 ; 8 % C18 :2) présente les mêmes caractéristiques physicochimiques que le saindoux, avec une odeur proche de celle du jambon sec (19 COV aromatiques identifiés présents dans les arômes majoritaires de jambon). La fraction protéines solubilisées, obtenue sous forme de lyophilisat après concentration de la phase aqueuse (rendement : 8 % ; protéines : 52 % dont 29 % d'acides aminés libres ; matière minérale : 29 % dont 90 % NaCl, lipides : 3 %), contient aussi des glucosaminoglycanes sulfatés (GAGs : 3,4 %). Ces caractéristiques de composition, associées à ses propriétés épaississantes et gélifiantes, adhésives et stabilisantes d'émulsion, font de cette fraction minoritaire du procédé de fractionnement aqueux du coproduit de jambon sec, un extrait aux multiples applications à forte valeur ajoutée (source de peptones pour la culture de champignons et de levures, adhésif et liant naturel, ingrédient de formulation alimentaire nutracétique et cosmétique)
The ham production by-product comes from the deboning of dressed, salted, dried and refined pork leg. It consists of more than 85% of bone and associated tissues (cartilage, ligaments, tendons). Hammer mill crushing allows homogenizing the by-product into pieces smaller than 8 cm (> 90% between 40 and 80 mm).Dry matter chemical composition of the blend; (77 ± 3% DM) is 33 ± 5% protein (89% collagen, 14% of watersoluble proteins, 6% free amino acid), 31 ± 3% lipids (triglycerides: 70% diglycerides: 3.5%; free fatty acids: 11%; saturated / unsaturated: 0.87; 24% C16: 0; 13% C18: 0; 2% C16: 1; 38% C18: 1; 4% C18: 2) and 26 ± 4% mineral matter (calcium phosphate 88%, 9% NaCl). Lipids and proteins aqueous extraction of the by-product is studied in an agitated contactor reactor. The solid raffinate was separated by hot filtration to an aggregate and the fat is separated by cold decantation.The study of the influence of main factors of the liquid / solid extraction (contact time: 30 to 90 min, temperature: 40 to 90 °C; ratio water / by-product: 4 to 10) through the implementation of an experimental design, highlights the effects of proteins dissolution and coagulation on lipid output and decantation as fat matter.By pilot scale implementation (64 kg of crushed by-product of dry-cured ham, 207 kg of water, 30 min at 90 ° C in agitated contactor), the aqueous fractionation process leads, by centrifugal filtration and drying, to a stable aggregate (yield: 59%; mineral matter: 41%; protein 43%; lipids: 16%), source of calcium phosphate (95% of the mineral) and gelatin or bone glue (88% collagenous protein).The decanted fat fraction (yield: 24%; lipids: 93%; triglycerides: 75%; diglycerides: 4% free fatty acids: 7%; saturated / unsaturated: 0.82%; 37% C16: 0; 15% C18: 0; 2% C16: 1; 44% C18: 1; 8% C18: 2) has the same physicochemical characteristics as lard, with an odor similar to that of dry-cured ham (19 identified aromatic VOC part of ham main flavors). The solubilized protein fraction, obtained as a lyophilized extract after concentration of the aqueous phase (yield: 8%; protein: 52% with 29% of free amino acids; mineral matter: 29%, with 90% NaCl, lipids: 3%), also contains sulfated glycosaminoglycans (GAGs: 3.4%). These composition characteristics, associated with its thickening and gelling properties, adhesive and stabilizing for emulsion, transforms this minor fraction of the aqueous fractionation process of the dry-cured ham byproduct, in an high added value multiple applications extract (source of peptones for culture for fungi and yeasts, a natural and binding adhesive, ingredient for food nutraceutic and cosmetic formulation)

Le nettoyage en place des membranes en industrie agro-alimentaire est une opération cruciale qui, outre les exigences de sécurité sanitaire des installations et des produits traités doit permettre de restaurer les performances de la filtration (sélectivité, flux) en éliminant le colmatage formé pendant l'étape de production. Malheureusement cette étape repose encore sur des bases empiriques et non optimisées. A cause d'un manque de notions fondamentales, elle est encore pressentie comme un frein à l'utilisation massive des procédés membranaires. Une démarche originale a été menée dans le cadre de cette thèse incluant la réflexion sur l'incidence des paramètres hydrodynamiques des conditions de production sur la cohésion du dépôt colmatant et plus particulièrement de sa fraction irréversible, dont la nettoyabilité est étudiée. Pour fonder cette démarche, une étude comparée du colmatage et du nettoyage au flux limite et au flux critique a été réalisée en intégrant le rôle de la physico-chimie et de l'hydrodynamique pendant la phase de production. cette étude s'inscrit dans un cadre d'éco-conception de procédé, avec une analyse de cycle de vie réalisée afin d'estimer l'impact environnemental de l'étape de nettoyage via divers scénarii simplifiés.

Une étude expérimentale a été effectuée sur diverses formules de trois familles d’enrobés bitumineux avec des taux de recyclage variables et la présence ou non de régénérant. La composition des mélanges et le procédé de fabrication ont été élaborés afin d’effectuer une étude comparative. L’enrobage produit des variations des paramètres physico-chimiques des liants telles que la consistance, la température de transition vitreuse, les fractions cristallisables, les taux d’aromatiques et d’asphaltènes ; ces variations sont limitées en présence de régénérant. Lorsque le taux d’AE augmente, la compactibilité et l’orniérage des mélanges diminuent et leur rigidité viscoélastique augmente, mais le régénérant limite ces variations. Globalement, les AE produisent une augmentation de la résistance à la fatigue des formules et un aplatissement des droites de Wöhler. Le régénérant améliore le paramètre de fatigue ɛ6 ; les performances en fatigue augmentent avec la TBA et l’indice colloïdal du liant ainsi qu’avec la diminution de la viscosité de l’enrobé. L’impact favorable d’un taux élevé d’AE et du régénérant sur le trafic admissible a été déterminé suite au dimensionnement d’une structure souple tri-couche. À basse température, la détérioration par les AE de la ductilité en traction et de la température de rupture par retrait empêché se trouvent limitées par le régénérant ; un compromis est cependant à trouver avec la résistance à la fatigue. Les formules régénérées mises en œuvre sur la couche de roulement d’une route départementale ont subi une moindre évolution après six ans de service que les mélanges non régénérés
An experimental programme has been performed on three types of bituminous mixes with variable recycling rates and the possible addition of rejuvenator. The mix composition and the production process have been defined in order to perform a comparative analysis. The coating process modifies the physico-chemical parameters of the binders, like consistency, glassy transition temperature, cristallizable moiety, aromatics and asphaltenes rates; the above variations are limited by using the rejuvenator. As the RAP content increases, the compactibility and the rutting of the mixes decrease and the viscoelastic stiffness increases, but the rejuvenation reduces these variations. Globally, RAP increases the fatigue resistance of the mixes and flattens the Wöhler curve. Rejuvenation enhances ɛ6 fatigue parameter; fatigue performances increase with R&B temperature and colloidal index of the binder and as the viscous component of the mixes decreases. The positive impact of a high rate of RAP and of the rejuvenation on the allowable traffic has been evaluated from the structural design of a threelayered pavement. At low temperature, the deterioration of the tension ductility and of the stress restrained failure temperature produced by the RAP, is limited by the rejuvenation; a compromise with the fatigue resistance has to be found. The rejuvenated mixes laid as surface layers on a provincial road have experienced a smaller evolution that non rejuvenated mixes

La méthanisation en phase solide en continu en réacteur à écoulement piston (REP) est un procédé qui suscite un intérêt croissant pour le traitement et la valorisation énergétique de sous-produits agricoles à teneur en matière sèche élevée. La production de biométhane, en plus de constituer un revenu supplémentaire aux exploitants agricoles et une source d’engrais naturels, s’inscrit dans les objectifs de développement durable de l’UNESCO à travers la production d’énergie renouvelable, la création d’emplois et la lutte contre les changements climatiques. Malgré le potentiel de ce procédé dans le contexte énergétique actuel, des verrous scientifiques et technologiques demeurent afin de mieux comprendre et maîtriser les phénomènes impliqués, d’augmenter la rentabilité des installations et de rendre cette technologie plus accessible aux petits et moyens exploitants. L’objectif de cette thèse est d’apporter des solutions aux problématiques liées au développement de la méthanisation en continu dans des REP, notamment pour le procédé Easymetha. Dans un premier temps, l’objectif a été de développer et valider des outils et méthodes de mesures rhéologiques adaptés au procédé de méthanisation voie solide à l’échelle pilote. Pour ce faire trois méthodes d’analyse rhéologique alternatives pour mesurer les propriétés rhéologiques (seuil d’écoulement, viscosité, cohésion et angle de frottement) de la biomasse ainsi que sa coulabilité ont été étudiées. Un Slump-Test, un consistomètre et une boîte de cisaillement de grands volumes (> 10 L) ont permis de caractériser les propriétés rhéologiques de mélanges reconstitués de fumier pailleux brut et broyé. Le deuxième objectif porté sur le développement et l’application d’une méthode de courbes de rétention d’eau (WRC) pour la détermination de l’évolution de la distribution de la porosité pour du fumier traité dans des réacteurs batch en discontinu. Ensuite, l’objectif fut d’établir l’effet de l’immersion, de l’absence de recirculation de la phase liquide et de la hauteur du massif solide sur la dégradation de la matière et ses propriétés physiques et rhéologiques en fonction de la pression. Pour se faire, deux colonnes de digestion de 2,5 m de hauteur et 440 L de volume total ont été construites. Deux niveaux d’immersion ont été testés permettant de mettre en évidence le faible besoin de recirculation du liquide une fois que le massif solide est immergé dans la fraction liquide. L’importance de ce paramètre pour les systèmes de méthanisation en continu et alimentés avec des substrats bruts est discutée, l’immersion pouvant favoriser la formation de joints hydrauliques en entrée et sortie de réacteur et le déplacement horizontal de la matière. Ces expériences ont apporté une base solide pour le prochain objectif qui a porté sur le dimensionnement et la mise en opération d’un réacteur pilote de méthanisation en continu avec une conception le plus proche possible du procédé Easymetha. Ce système consiste en un digesteur en écoulement piston de 500 L, un volume important dans lequel la matière avance sur une longueur de 2 m. Ce pilote a été opéré en continu pendant 100 jours, son fonctionnement a montré l’aptitude et la résilience de ce système pour la valorisation du fumier non broyé. Et par ailleurs, un outil de simulation et de prédiction du comportement du débit de méthane à partir des données en batch a été créé et validé avec les résultats expérimentaux du pilote. Pour terminer, l’évolution des propriétés rhéologiques du fumier dans des réacteurs fonctionnant en continu et en discontinu a été étudiée en utilisant les outils développés et calibrés précédemment. Cette thèse s’articule autour de plusieurs expérimentations multi-échelles et complémentaires permettant de mieux comprendre et d’optimiser le procédé de méthanisation en voie solide continue de sous-produits agricoles bruts
Continuous dry anaerobic digestion (D-AD) in plug flow reactor (PFR) is a promising process that is growing interest in the treatment and energy recovery of agricultural waste. The biomethane production provides an additional income to farmers and a source of natural fertilizer, additionally, this process is in line with UNESCO's sustainable development objectives through the production of renewable energy, employment creation and the fight against climate change. Despite the potential of this process in the current energy context, scientific and technological obstacles need to be solved to better understand and control the phenomena involved, to increase the profitability of the installations and to make this technology more accessible to small and medium-sized farmers. The objective of this work is to provide solutions to the problems related to the development of continuous D-AD in PFR, especially for the Easymetha process. First, the objective was to develop and validate rheological measurement tools and methods adapted to D-AD process at pilot and industrial scales. Three alternative rheological analysis methods were developed to measure the rheological properties (yield stress, viscosity, cohesion and angle of friction) of the biomass as well as its flowability. A Slump Test, a consistometer and a shear box of large volumes (>10 L) allowed to characterize the rheological properties of artificial mixtures of raw and crushed straw manure. Then, the second objective focused on the development and application of a Water Retention Curve (WRC) method for the determination of the evolution of the porosity distribution of manure treated in batch reactors. Then, the objective was to establish the effect of immersion, the absence of recirculation of the liquid phase and the height of the solid mass on the degradation of the material and its physical and rheological properties as a function of height, two digestion columns with a height of 2.5 m and a total volume of 440 L were constructed. Two levels of immersion were tested to demonstrate the low need for liquid recirculation once the solid mass is immersed in the liquid fraction. The importance of this parameter for continuous D-AD systems fed with raw substrates is discussed. Immersion can promote the formation of hydraulic seals at the reactor inlet and outlet and the horizontal displacement of the material. These experiments have provided a solid basis for the next objective, which is to design and operate a continuous D-AD pilot PFR with a design as close as possible to the Easymetha process. The development of a new D-AD system at the pilot scale consisted of a 500 L PFR, a large volume where the material advances over a length of 2 m. This pilot has been operated continuously for 100 days, its operation has shown the aptitude and resilience of this system for the valorization of raw straw cattle-manure. In addition, a tool for simulation and prediction of methane flow behavior from batch data was created and validated with the experimental results of the pilot. Finally, the evolution of the rheological properties of the manure in continuous and batch reactors was measured using the previously developed and calibrated tools. This thesis is based on several multi-scale and complementary experiments allowing a better understanding and optimization of the process of continuous dry-process anaerobic digestion of raw agricultural by-products

La démontabilité des assemblages collés structuraux est une nouvelle problématique liée à l’augmentation de l’utilisation de la technologie du collage dans de nombreux secteurs industriels et de la prise en compte de l’éco-conception dans les processus industriels. Peu de travaux ont été menés à ce jour sur cette thématique qui représente un véritable verrou technologique pour la diffusion de la technologie d’assemblage par collage. Une des voies utilisées et détaillées dans la présente étude est basée sur l’incorporation, dans une formulation d’adhésif, d’un additif organique solide possédant un point de sublimation dans une gamme de température connue.Ainsi, l’étude de l’influence de la reformulation par incorporation de l’additif montre qu’en dépit de la réactivité entre cette molécule et certains composants de la formulation de l’adhésif, les propriétés de mise en œuvre et les caractéristiques thermo-mécaniques ne sont pas drastiquement modifiées et restent compatibles avec une utilisation industrielle.Le mécanisme de démontabilité est basé sur la diffusion du gaz libéré par la réaction de sublimation de l’additif jusqu’aux interfaces où les contraintes générées induisent une rupture interfaciale. Néanmoins, le désassemblage est grandement fonction de la nature de la surface des substrats assemblés. Une compétition a lieu entre le travail nécessaire pour faire croître les bulles à l’interface et le travail des forces d’adhésion.L’efficacité de ce procédé de démontabilité a été éprouvée dans le cadre de tests de validation des segments du tore d’un télescope. L’assemblage réalisé avec un adhésif incorporant un additif spécifique permet de transmettre d’importantes contraintes mécaniques puis après une phase d’activation, de se désassembler avec des contraintes résiduelles nulles
Structural adhesives are nowadays widely used in numerous industries like automotive, aerospace, avionics or microelectronics … for many reasons such as easy processing or weight and cost savings. A strong effort has been achieved so far to enhance the level of adherence in structural assemblies and in this particular case a new challenge appears: the easy dismantling of structural bonded joints. This innovative concept results from industrial constrains like maintenance or recycling needs.This work studies a process which offers a simple and efficient solution to the disassembling of structural bonds. Based on the use of specific additives activated by heating at a certain temperature, this new technology allows the drastic decrease of the bonding performance and allow the dismantling in a very short time. It fulfills the main characteristics required by this application, like no change in processing (implementation, curing conditions,…) and no or slight modification of the mechanical properties. The results of the influence of adding additive is evaluated.This process is based on the incorporation. of specific chemicals in the adhesive or primer formulations. These additives are selected according to specific properties like decomposition temperature. An innovative aspect of this technology lies in the localization of the dismantling. The first step of the additive action is migration from the bulk of the adhesive to the interface. In a second time, once at the interface, the decomposition gases generated by the additive (mainly steam and nitrogen) induce constrains and stresses. After a certain time, theses stresses are sufficient enough to overcome the adhesion forces and the adhesive debonds from the substrate, adhesive failure occurs. One logical consequence of this interfacial action is the use of a dismantling primer, which enables to improve the efficiency of the technology and allows additive savings.This work proposes mecanisms based on experimental results in order to explain what happens in the adhesive bulk and on the interfaces. Finally, an application of this process is described related to the use of debondable adhesive for structural coupling during ground tests in the frame of GAIA telescope. Its main structure is a multi segments brazed torus in silicon carbide. In order to test each segment, a structural and debondable epoxy adhesive was developed, allowing structural bonding at room temperature and easy dismantling with interfacial failure after thermal activation. After testing and dismantling, segments were reused for final application

Ce manuscrit présente le développement et l'approfondissement de méthodes durables pour la synthèse de molécules dédiées à l'industrie du parfum. La catalyse à l'or peut aujourd'hui être considérée comme s'inscrivant dans une application durable de la chimie de synthèse. En effet, la catalyse est un point majeur des douze principes de la Chimie Verte et l'or, un métal non toxique, permet depuis plusieurs décennies la conception de nombreux squelettes originaux.Le premier projet développé durant cette thèse a concerné la montée en échelle de synthèses de molécules sélectionnées précédemment par les experts de notre collaborateur industriel, Expressions Parfumées. Ces synthèses, effectuées sur plusieurs grammes, ont permis de réaliser des analyses sensorielles avancées de certains composés pouvant se montrer intéressants pour l'industrie. La méthodologie appliquée pour ces synthèses conduit à la formation de 3-oxabicyclo[4.1.0]-hept-4-ènes de manière diastéréosélective et racémique. Les structures ont alors été décrites olfactivement sous forme de mélanges racémiques. La chiralité pouvant jouer un rôle important sur la perception des odeurs, une version asymétrique de cette méthodologie a été développée et des mélanges énantioenrichis ont pu être comparés olfactivement. Le second projet a porté sur une réaction tandem de cycloisomérisation/réduction d'alcools ou acides acétyléniques en présence de complexes d'or et d'hydrure de silane. Les limites de ce type de réactivité ont été explorées. Enfin, la cycloisomérisation d'acides acétyléniques oxygénés a conduit à la formation de 1,4-dioxan-2-ones volatiles. Par leurs profils olfactifs variés, ces structures et leurs précurseurs pourraient dans l'avenir se distinguer comme des substituts olfactifs de produits à risque ou simplement comme de nouveaux ingrédients originaux
This manuscript presents the development and investigation of sustainable methods for the synthesis of molecules dedicated to the perfume industry. Today, gold catalysis can be considered a sustainable tool for synthetic chemistry. Indeed, catalysis is a major point of the twelve principles of Green Chemistry, and gold, a non-toxic metal, has enabled the design of many original skeletons for several decades.The first project developed during this thesis concerned the scaling-up of syntheses of molecules previously selected by experts from our industrial collaborator, Expressions Parfumées. These syntheses, carried out over several grams, have enabled advanced sensory analysis of certain compounds that may be of interest to industry. The methodology applied for these syntheses led to the formation of 3-oxabicyclo[4.1.0]-hept-4-enes in a diastereoselective and racemic manner. The structures were then described olfactory as racemic mixtures. As chirality may play an important role in odor perception, an asymmetric version of this methodology was developed and enantioenriched mixtures were compared olfactively. The second project focused on a tandem cycloisomerization/reduction reaction of alcohols or acetylenic acids in the presence of gold complexes and silane hydride. The limits of this type of reactivity were explored. Finally, cycloisomerization of oxygenated acetylenic acids led to the formation of volatile 1,4-dioxan-2-ones. Thanks to their varied olfactory profiles, these structures and their precursors could stand out in the future as olfactory substitutes for risky products, or simply as original new ingredients

Le mélange blé - légumineuse constitue une option prometteuse pour le développement de pratiques agricoles durables et la fourniture de protéines de bonne qualité nutritionnelle. Des filières de transformation des cultures associées intégrant la gestion d’un mélange jusqu’à la fabrication d’un produit céréalier enrichi en farine de légumineuse pourraient être conçues. Ceci implique de maîtriser la variabilité des matières premières entrantes en seconde transformation. L’objectif de ce travail est de développer un outil permettant de maîtriser la qualité de cakes enrichis en farine de légumineuse quelles que soient les variations de qualité des matières premières, par l’utilisation du procédé de fabrication. La qualité des cakes est définie par leurs propriétés de structure aux différentes échelles. Après un travail de caractérisation des propriétés de farines variables et d’étude du procédé de fabrication, un modèle multicritère multi-contraintes de maîtrise de la qualité a été mis en place par une démarche de plan d’expériences. La capacité de prévision du modèle a été validée, et son efficacité de correction a été confirmée du point de vue instrumental et sensoriel dans le cas de deux scénarii. Après une discussion de la durabilité de la filière dans son ensemble, les connaissances acquises lors de ce travail ont été rassemblées pour formuler des recommandations vis-à-vis des étapes amont de la filière (sélection, culture, tri, 1ère transformation) dans un objectif d’ingénierie reverse
Mixing wheat and legumes is a promising way of developing sustainable agricultural practices in addition to supplying proteins of good nutri-tional quality. Food chains for the valorization of wheat-legume intercrops could be designed to handle such a mixture right up to the production of cereal products enriched with legume flour. This would involve monitoring the variability of the raw materials used by the secondary processing industry. The aim of this work was to develop a tool to enable the monitoring of the quality of cakes enriched with legume flour regardless of variations in flour quality, by using the processing variables. The quality of soft cakes is defined by their structural properties at different length scales. After characterization of the variable properties of flour and of the manufacturing process, a multi- objective model for the monitoring of cake quality was built thanks to an optimal experimental design. The prediction capacity of the model was validated, and its correction efficiency was confirmed both instrumentally and sensorially in two case studies involving variations in the proportions and particle sizes of wheat and legume in the flour. Following a discussion of the sustainability of the food chain as a whole, the knowledge acquired during the course of this study was used to make recommen -dations concerning the upstream stages of the chain (selection, cultivation, sorting, first processing) using a reverse engineering approach

Les oxazolidinones sont des composés prometteurs pour des applications industrielles, mais aucune méthode ne convient à ce jour pour les produire à large échelle, à cause de l'utilisation de réactifs et de catalyseurs métalliques nocifs pour la santé et l'environnement. Une nouvelle méthode de synthèse de ces composés a donc été élaborée en utilisant des aminoalcools et du carbonate de diéthyle. Cette réaction est catalysée par un hydrogénocarbonate d'imidazolium biosourcé qui est produit par voie électrochimique afin de réduire son impact sur l'environnement.Cette méthode de synthèse d'oxazolidinones a ensuite été appliquée à la synthèse d'une oxazolidinone biosourcée. Pour cela, la synthèse d'un aminoalcool a été réalisée, et sa structure a été établie à partir de réactifs pouvant être issus de ressources renouvelables. La voie de synthèse a fait l'objet de modifications pour permettre la production de l'aminoalcool à plus grande échelle dans des conditions plus sûres.La seconde thématique de ces travaux porte sur les liquides ioniques, des sels liquides très peu volatils, couramment utilisés comme solvants. Ces composés sont généralement chers, ainsi, plutôt que de les éliminer à la fin de leur utilisation, il est plus intéressant de les recycler. Mais leur faible volatilité empêche leur recyclage par distillation, contrairement aux solvants organiques usuels. Il a ainsi été développé une première méthode électrochimique, économe en énergie, qui permet le recyclage de liquides ioniques biosourcés par la formation d'un hydrogénocarbonate d'imidazolium intermédiaire. Cette méthode a été comparée à d'autres procédés de recyclage grâce à une étude préliminaire du cycle de vie.Mots clés : oxazolidinone, aminoalcool, imidazolium, liquide ionique, biosourcé, recyclage, électrochimie, développement durable, écoconception, cycle de vie
Oxazolidinones are promising compounds for industrial applications, but nowadays there is not convenient method to produce them on large scale, because of the use of reactants and metallic catalysts harmful for health and environment. A new synthesis method of these compounds was thus elaborated using aminoalcohols and diethyl carbonate. This reaction is catalysed by a biobased imidazolium hydrogen carbonate which is produced by an electrochemical pathway in order to reduce its impact on the environment.This oxazolidinones synthesis method was then applied to the synthesis of a biobased oxazolidinone. To achieve this, an aminoalcohol synthesis was realised, and its structure was established from reactants that can come from renewable resources. The synthesis pathway was the object of modifications to permit the production of the aminoalcohol on a larger scale in safer conditions.The second thematic of these works is based on ionic liquids, very low volatile liquid salts, commonly used as solvents. These compounds are usually expensive, so, rather than to eliminate them at the end of their use, it is more interesting to recycle them. But their low volatility prevents their recycling by distillation, unlike common organic solvents. So, a first electrochemical method was developed, low energy consuming, permitting the recycling of biobased ionic liquids by the formation of an imidazolium hydrogen carbonate as intermediate. This method was compared with other recycling processes through a preliminary life cycle study.Keywords: oxazolidinone, aminoalcohol, imidazolium, ionic liquid, biobased, recycling, electrochemistry, sustainable development, eco-design, life cycle

Les dernières années ont permis des développements très rapides, tant au niveau de l’élaboration que de l’application, d’algorithmes de commande prédictive non linéaire (CPNL), avec une gamme relativement large de réalisations industrielles. Un des obstacles les plus significatifs rencontré lors du développement de cette commande est lié aux incertitudes sur le modèle du système. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse est la conception de lois de commande prédictives non linéaires robustes vis-à-vis des incertitudes sur le modèle. Classiquement, cette synthèse peut s’obtenir via la résolution d’un problème d’optimisation min-max. L’idée est alors de minimiser l’erreur de suivi de la trajectoire optimale pour la pire réalisation d'incertitudes possible. Cependant, cette formulation de la commande prédictive robuste induit une complexité qui peut être élevée ainsi qu’une charge de calcul importante, notamment dans le cas de systèmes multivariables, avec un nombre de paramètres incertains élevé. Pour y remédier, une approche proposée dans ces travaux consiste à simplifier le problème d’optimisation min-max, via l’analyse de sensibilité du modèle vis-à-vis de ses paramètres afin d’en réduire le temps de calcul. Dans un premier temps, le critère est linéarisé autour des valeurs nominales des paramètres du modèle. Les variables d’optimisation sont soit les commandes du système soit l’incrément de commande sur l’horizon temporel. Le problème d’optimisation initial est alors transformé soit en un problème convexe, soit en un problème de minimisation unidimensionnel, en fonction des contraintes imposées sur les états et les commandes. Une analyse de la stabilité du système en boucle fermée est également proposée. En dernier lieu, une structure de commande hiérarchisée combinant la commande prédictive robuste linéarisée et une commande par mode glissant intégral est développée afin d’éliminer toute erreur statique en suivi de trajectoire de référence. L'ensemble des stratégies proposées est appliqué à deux cas d'études de commande de bioréacteurs de culture de microorganismes
The last few years have led to very rapid developments, both in the formulation and the application of Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) algorithms, with a relatively wide range of industrial achievements. One of the most significant challenges encountered during the development of this control law is due to uncertainties in the model of the system. In this context, the thesis addresses the design of NMPC control laws robust towards model uncertainties. Usually, the above design can be achieved through solving a min-max optimization problem. In this case, the idea is to minimize the tracking error for the worst possible uncertainty realization. However, this robust approach tends to become too complex to be solved numerically online, especially in the case of multivariable systems with a large number of uncertain parameters. To address this shortfall, the proposed approach consists in simplifying the min-max optimization problem through a sensitivity analysis of the model with respect to its parameters, in order to reduce the calculation time. First, the criterion is linearized around the model parameters nominal values. The optimization variables are either the system control inputs or the control increments over the prediction horizon. The initial optimization problem is then converted either into a convex optimization problem, or a one-dimensional minimization problem, depending on the nature of the constraints on the states and commands. The stability analysis of the closed-loop system is also addressed. Finally, a hierarchical control strategy is developed, that combines a robust model predictive control law with an integral sliding mode controller, in order to cancel any tracking error. The proposed approaches are applied through two case studies to the control of microorganisms culture in bioreactors

Un nouveau procédé d'extraction des huiles essentielles a été développé, mis au point et optimisé nommé "Vapo-diffusion Assistée par Micro-ondes (MSDf)". Le procédé MSDf à été appliqué à l'extraction des huiles essentielles des peaux d'oranges et de fleurs de lavande. Ce procédé est basé sur la combinaison d'une technique d'extraction classique : l'hydro-diffusion et le chauffage micro-ondes comme technologie d'intensification. Une deuxième nouvelle approche pour l'extraction des huiles essentielles à partir de matrices aromatiques sèches et sans ajout de vapeur ni d'eau nommé "Diffusion à sec générée par micro-ondes (MDG)". Le procédé MDG à été appliqué à l'extraction des huiles essentielles des graines de carvi. Le MSDf et le MDG apparaissent comme des procédures "douces" permettant un gain de temps et d'énergie considérable et la diminution des rejets de CO2 dans l'atmosphère

Ce mémoire est consacré à l’utilisation de l’électrochimie comme outil de synthèse alternatif pour la formation de nouvelles molécules de la famille des azoliums. Une nouvelle méthode de synthèse électrochimique a été mise au point pour la synthèse de carboxylates d’imidazoliums (carbènes masqués) conduisant à une grande variété de molécules. Cette méthode a été comparée aux synthèses chimiques déjà existantes. Dans un contexte actuel de développement durable, des produits bio sourcés ont été synthétisés et à partir de ces derniers l’optimisation du procédé a été réalisée afin de réduire les flux entrants et sortants de matière et d’énergie.Le rôle clé de l’ion hydrogénoxalate a été démontré dans la synthèse de liquides ioniques et/ou sels d’imidazoliums. Certains ont été par la suite employés comme catalyseurs recyclables pour l’estérification de Fischer.La réduction électrochimique directe de différents azoliums a aussi été étudiée. Le couplage des radicaux neutres ainsi électrogénérés conduit aux σ-dimères correspondant. Ce produit redonnant par oxydation l’azolium de départ, la renversabilité de la réaction a été prouvée ouvrant la voie à de nouveaux interrupteurs moléculaires.Une électrosynthèse d’azoliums à fragment aromatique a également été étudiée. Ainsi, l’oxydation électrochimique du pyrène en présence de différents nucléophiles azotés génère les sels d’azoliums pyrène. Ce procédé a été optimisé en termes de réduction de déchets et de simplification de mise en œuvre. Certaines molécules obtenues ont montré des propriétés antimicrobiennes
This work deals with the use of electrochemistry as a tool for alternative synthesis of new azolium-based molecules.A new electrosynthesis method was developed for the synthesis of imidazolium carboxylates (masked carbenes) leading to a wide library of compounds. This approach was compared to already reported chemical syntheses. In the current context of sustainable development, bio based products have been synthesized and optimization of the process was achieved in order to reduce waste and energy consumption.The key role of the hydrogenoxalate anion was demonstrated in the synthesis of ionic liquids and/or imidazolium salts. Some of them were employed as recyclable catalysts for Fischer esterification.The direct electrochemical reduction of various azoliums was also studied. The coupling of two electrogenerated neutral radicals leads to the corresponding σ-dimers. The oxidation of this species gives back the starting azolium proving the “reversibility” of the reaction, paving the way for new molecular switches.Azolium containing pyrene moiety was also electrosynthesized. Thus, electrochemical oxidation of pyrene in presence of different nitrogen nucleophiles leads to azolium pyrenes. This process was optimized in order to reduce waste and simplify the experimental setup. Some products have shown antimicrobial activities

Actuellement, l’industrie chimique est confrontée au défi de la production durable qui exige une évolution depuis la réduction de polluants pour les procédés existants vers une écologie industrielle qui permet l’équilibre entre le développement économique, sociale et environnemental. Ajouté aux exigences actuelles pesant sur la conception des procédés, la prise en compte des contraintes environnementales dès la phase amont du processus de conception. Cette exigence clé couplée aux enjeux actuels pour la conception préliminaire ont conduit à des changements par rapport à la conception classique des procédés, il y a un accent accru sur la recherche d’innovation et d’écoinnovation pour développer des nouveaux concepts, de nouvelles technologies et de nouveaux procédés. La question centrale sur la façon d’améliorer la créativité dans la phase de conception préliminaire nécessite des recherches plus poussées sur les méthodologies d’aide à la génération de solutions innovante et éco-innovante. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une méthodologie pour la formulation et la résolution de problèmes d’éco-innovation basée sur une approche à base de conflits. Ce cadre permet de traiter les exigences multi-objectifs et la nature combinatoire complexe de la phase de recherche de concepts de solutions. La méthodologie développée reflète la nature des problèmes à traiter avec de nombreuses contradictions (conflits) à résoudre simultanément. Dans ce contexte, les méthodes actuelles atteignent rapidement leurs limites car elles ne résolvent qu’un seul conflit à la fois. Or il devient très difficile (voire impossible) de faire émerger une contradiction unique des situations problématiques complexes telles que nous en rencontrons en génie des procédés. La méthodologie proposée pour traiter la problématique de multi-contradictions pour l’écoconception se divise en deux étapes principales. D’un part, une première cadre d’analyse pour la formulation des contradictions en s’appuyant sur une version adaptée d’OTSM-TRIZ. Il permet la représentation graphique d’un problème et intégré une méthode pour limiter la situation aux contradictions principales. D’un autre part, la résolution des contradictions principales se décompose en deux sous étapes. Dans un premier temps, la résolution individuelle de chaque contradiction au travers d’un outil alliant la simplicité conceptuelle des contradictions de TRIZ et les solutions concrètes que proposent les effets et phénomènes de la physique, chimie, biologie. Dans un deuxième temps, nous proposons un processus d’agrégation des solutions afin d’obtenir une solution finale plus intégrée. Un cas d’étude sur la réduction des polluants en sortie d’étape de gazéification de la biomasse est présenté afin d’illustrée l’approche
In recent years, the chemical industry is facing the challenge of sustainable production in order to create a balance between the economic, social and environmental development. This shift requires an evolution from the reduction of pollutants for existing processes to industrial ecology. In the design process, this shift demands that the current requirements and the environmental constraints should be taken into account in the early stages. At these stages, however, there is an increased emphasis on innovation and eco-innovation to develop new concepts, new technologies and new processes, thereby limiting the problem-solving ability of the traditional design methodologies. Hence, there is a great necessity for new methodologies in order to develop innovative and eco-innovative solutions. Consequently, in this research, we developed a methodology for the formulation and solution of ecoinnovation problems based on a conflict approach. This framework can handle multi-objective requirements with the combinatorial complexity of the search phase of solution concepts. Thus, the methodology considers the problem of solving many contradictions (conflicts) simultaneously. In this context, current approaches quickly reach their limits because they solve one conflict at a time or it is very difficult to define only one contradiction in complex problems, such as those in process engineering. The proposed methodology for treating the problem of multi-contradictions for eco-design is divided into two main steps. On one hand, an analytical framework for the formulation of contradictions based on an adapted version of OTSM-TRIZ, which provides a graphical representation of a problem and integrated method to reduce the problem situation to the main contradictions. On the other hand, the resolution of contradictions which is itself divided into two sub-steps. At first, the resolution of each individual contradiction through a tool that combines conceptual simplicity of TRIZ contradictions and the practical solutions using the physics, chemical and biological effects and phenomena. In a second step, we propose an aggregation process solution to obtain a more integrated final solution. A case study about the reduction of pollutants at output stage gasification of biomass is presented to illustrate this approach

Cette thèse explore des méthodes innovantes pour la récupération des éléments terres rares (ÉTRs) à partir de sous-produits de l'industrie du phosphate, notamment les boues de phosphate (BP), le phosphogypse (PG) et les boues d'évaporation (BE), dans le but de renforcer les chaînes d'approvisionnement en ÉTRs et de promouvoir la durabilité environnementale. Une revue de littérature approfondie établit les bases pour l'application de techniques expérimentales avancées, y compris la concentration saline, la lixiviation dépendante du pH, la flottation, et la précipitation et cristallisation fractionnées. L'étude intègre également des outils de simulation contemporains tels que CHEMCHAUD et la Méthodologie de Surface de Réponse avec le Design Box-Behnken, optimisant les données pour une récupération efficace des ÉTRs et le recyclage des sous-produits. Une avancée significative de cette recherche est le développement d'un processus qui augmente la concentration des ÉTRs dans les BP de 0,0418 % à 2,8 % en oxydes de terres rares (OTRs), et parallèlement récupère efficacement le carbonate de calcium et le silicate de haute pureté. De manière similaire, pour le PG et les BE, un processus unifié a été développé. Ce processus augmente les concentrations d'ÉTRs de 0,036 % et 0,1 % à 40 % et 80 % d'OTRs, dans le PG et les BE respectivement. Ce processus assure le recyclage complet des sous-produits grâce à la récupération de sulfate de calcium et de fluorosilicate de sodium de haute pureté. L'évaluation technico-économique réalisée à l'aide d'Aspen Plus, en se concentrant sur le procédé de valorisation du PG, confirme la viabilité économique du procédé. La recherche préconise l'élargissement de ces techniques à des mises en œuvre pilotes, démontrant leurs avantages pratiques et leur durabilité. En intégrant la recherche scientifique avec des solutions aux défis environnementaux et industriels, cette thèse fait progresser le savoir académique et mène la voie vers des pratiques durables qui répondent aux enjeux mondiaux contemporains
This thesis explores innovative methods for recovering rare earth elements (REEs) from byproducts of the phosphate industry, specifically phosphate sludge (PS), phosphogypsum (PG), and evaporation sludge (ES), aiming to enhance REEs supply chains and promote environmental sustainability. A thorough literature review lays the groundwork for the application of advanced experimental techniques, including saline concentration, pH-dependent leaching, flotation, and fractional precipitation and crystallization. The study further incorporates contemporary simulation tools such as CHEMCHAUD and Response Surface Methodology with Box-Behnken Design, optimizing data for effective REEs recovery and by-product recycling. A significant breakthrough in this research is the development of a process that enhances REEs concentration in PS from an initial 0.0418 % REEs to 2.8 % rare earth oxides (REOs), alongside the efficient recovery of high-purity calcium carbonate and silicate. Similarly, for PG and ES, which exhibit comparable properties, a unified process has been developed. This process increases REEs concentrations to 40 % and 80 % REOs from initial concentrations of 0.036 % and 0.1 % REEs, for PG and ES respectively. This process ensures the complete recycling of byproducts through the recovery of high-purity calcium sulfate and sodium fluosilicate. Techno-economic assessments performed using Aspen Plus, particularly focusing on the PG valorization process, confirm the economic viability of the developed process. The research advocates for the scaling of these techniques to pilot implementations, demonstrating their practical benefits and sustainability. By integrating scientific research with solutions to environmental and industrial challenges, this thesis advances academic knowledge and spearheads sustainable practices that address contemporary global issues

Au Burkina Faso, les biocarburants suscitent de nombreux espoirs quant au développement de l'accès à l'énergie en zone rurale et à la substitution des carburants fossiles importés. Plusieurs initiatives de production de biocarburants à partir de Jatropha ont été lancées au cours des dernières années par des ONG et des opérateurs privés. Le gouvernement envisage de définir une politique d’accompagnement pour le développement de ce secteur. Les bénéfices potentiels issus de cette activité, en terme de contribution au développement durable, doivent donc être soigneusement étudiés afin de prendre les décisions adéquates. L’objectif de ce travail est d’évaluer les opportunités de développement des biocarburants, en définissant les possibilités techniques dans le contexte et en analysant à quelles conditions et dans quelle mesure elles peuvent contribuer au développement durable. L'approche repose sur la modélisation des procédés impliqués dans la production, couplée à des outils d'évaluation environnementale et économique. L'efficacité économique est évaluée par une analyse de la valeur ajoutée produite au sein des filières, ainsi que sa distribution sous forme de revenus, aux employés, aux agents de la filière, à l'état et aux banques. Les impacts environnementaux, notamment les émissions de GES et la consommation d'énergie fossile, sont évalués à l'aide d'une analyse de cycle de vie. Trois produits finaux différents ont été envisagés : l'huile végétale brute (HVB) ou raffinée, destinée à des applications stationnaires et le biodiesel dédié aux transports. Une analyse individuelle de chaque procédé a permis d'identifier les paramètres les plus sensibles au niveau local. Pour tous les procédés, le prix de la matière première conditionne largement le coût de production. Pour la production d’HVB, le rendement en huile et la teneur en huile des graines ont une importance capitale. Les performances économiques du raffinage et de la transestérification de l’huile sont largement influencées par la capacité de transformation des procédés en raison d’économies d'échelle, et dans une moindre mesure, par la technologie et les ressources utilisées pour la fourniture énergétique. Dans le cas de la production de biodiesel, le prix du méthanol est également un facteur crucial. La méthode d'évaluation développée a été appliquée à plusieurs scénarios de production de biocarburants à partir de graines de Jatropha produites par les petits exploitants. Les résultats montrent que la méthode permet d’apporter des informations essentielles pour la prise de décisions politiques. Sur la base d'un prix de marché des graines de 100 FCFA/kg, les trois types de biocarburants envisagés peuvent être produits de manière rentable. Dans certains cas, l’utilisation de technologies avancées pour l'approvisionnement en énergie et la valorisation des sous-produits est indispensable pour atteindre un coût de production compétitif. Cela pourrait aussi être une solution pour augmenter le prix des graines afin d’assurer des revenus plus élevés aux agriculteurs. La production d'huile raffinée pour la production d’électricité est particulièrement coûteuse et nécessite une production à grande échelle pour être rentable. Les filières impliquant une usine de biodiesel approvisionnées par plusieurs huileries décentralisées constituent une solution pour contribuer à la fois à l’amélioration de l'accès à l'énergie en zone rurale et à la substitution des combustibles fossiles. Les revenus perçus par l'Etat sont directement liés à la valeur ajoutée et aux bénéfices générés par les producteurs de biocarburants. Enfin, les impacts environnementaux de la production d’huile sont relativement faibles, en termes d'émissions de GES et de consommation d'énergie fossile, en particulier si la fourniture énergétique est basée sur une ressource renouvelable. En revanche, les impacts de la production de biodiesel sont largement affectés par l'utilisation de méthanol
The development of biofuel production in Burkina Faso, raises high expectations regarding the development of rural energy access and the substitution of imported fossil fuels. Several initiatives for biofuel production from Jatropha oilseeds were launched in recent year by NGOs and private operators.The government is planning to define a policy framework to support the development of this sector. To this end, the potential benefits from this activity needs to be carefully investigated in regard to sustainable development objectives.The goal of this work was to investigate these opportunities by determining the technical possibilities regarding the context and in what conditions and to what extent they can contribute to sustainable development objectives. The approach was based on the modelling and simulation of production processes coupled with environmental and economic assessment tools. Specific experiments were also led whenever data were not available, as for the determination of the oil yield of a screw press. Economic efficiency was assessed using value chain analysis, which consists in calculating the value added generated by the different activities involved in a supply chain, and the distribution of this value in the form of income to the employees, the supply chain players, the state and the banking institutions. Environmental impacts, including greenhouse gas emissions and fossil energy consumption, are evaluated using a partial life-cycle assessment. The production of three different final products was investigated, i.e. straight vegetable oil (SVO), refined oil aimed to be used for stationary applications (power generation, shaft power, pumping…) and biodiesel dedicated to transportation. The analysis of individual processes allowed to identify the most sensitive parameters at a local level. As a general trend for all processes, the price of feedstock dramatically affects the production cost. For SVO production, the oil recovery and the seeds oil content are of paramount importance. The economic performances of the refining and transesterification processes are largely conditioned by the processing capacity, due to economies of scale, and to a lesser extent by the solution employed for energy supply. In the case of biodiesel production, the price of methanol is also a crucial factor. The developed assessment method was applied to several prospective biofuel supply chains, all relying on the production of Jatropha seeds by smallholders. The results have shown that the method can bring crucial information to policy makers. Based on a seed market price of 100 FCFA/kg, any type of biofuel can be produced in a cost effective way. In some cases, the implementation of advanced technologies for energy supply and by-product valorisation is needed to reach the required production cost. This could also be a solution to increase the price of seeds so as to provide higher incomes to farmers. The production of refined oil for power generation appears to be rather expensive relatively to the target, which imposes large processing scales. Supply chains involving a biodiesel plant supplied by several decentralised SVO plants constitute a solution for addressing at the same time rural energy access and the substitution of fossil fuels. Then the income perceived by the State is directly determined by the value and the profits generated by biofuel producers. Eventually, the environmental impacts related to seed processing, in terms of GHG emissions and fossil energy consumption, is relatively low especially when energy requirements are supplied from a renewable resource. By contrast, the impacts of biodiesel production are systematically impaired by the use of methanol of fossil origin in the process

Le matériau bois comporte différents avantages qui sont transposables à différents dérivés permettant d’introduire un matériau durable, parfaitement intégré au cycle de vie d’un produit. L’étude consiste à associer les besoins spécifiques du grand public dans la fabrication rapide de produits personnalisés en bois reconstitué. La partie 1 définit les utilisateurs grand public et leurs perceptions du produit. Nous avons également orienté les recherches bibliographiques sur l’écoconception pour aborder la problématique écologique. La partie 2 présente des approches de conception guidée par la fabricabilité. Nous avons parcouru les différents procèdes de prototypage rapide existants. Dans la partie 3 nous avons proposé une approche duale conception-fabrication. Le premier volet concerne la traduction du besoin des utilisateurs à travers un outil sur Internet CREAFAB, et le second propose la fabrication d’objet en bois reconstitué par prototypage rapide. La partie 4 présente l’outil et les différentes étapes de traduction du besoin. Dans la partie 5 nous présentons les différentes applications par prototypage rapide par intégration d’un dérivé du bois. La recherche présentée débouche sur de nouvelles applications pour les procédés de fabrication additive. L’étude scientifique et technique est proposée par la société ARDUIN-NOVA (Champagne-Ardenne) et s’est associé à l’Université Technologique de Troyes pour encadrer scientifiquement les recherches dans le cadre d’une bourse CIFRE
Wood has several advantages that are transferable to various derivatives allowing the introduction of a sustainable material into the product lifecycle. The research study associates the specific needs of the “general public” in the rapid manufacture of wooden-made custom products. Part 1 defines the user and their perceptions of a product. We also guided the literature searches to eco-design in order to reach environmental issues. Part 2 presents design approaches for manufacturing. We have seen the various processes existing in rapid prototyping. In part 3, we proposed complementary dual design and manufacturing approaches. On the one hand that concerns the translation of users’ needs through an Internet tool CRE-AFAB, and on the other hand that proposes the manufacture of a wood reconstituted object by rapid prototyping. Part 4 presents the CREAFAB tool and the different steps to translation customers’ needs. In part 5, we present the applications of rapid prototyping in integrating a wood derivative. The research results then lead to new applications of additive manufacturing. The research study is proposed by ARDUINNOVA Company (France) and is associated with the ICD-LASMIS team of University of Technology of Troyes to frame scientific research presented in this thesis in the executive of a CIFRE scholarship

Cette thèse en convention CIFRE entre le LCPI et la société ELM Leblanc (filiale du groupe Bosch en France) s'intitule : " Optimisation des performances d'innovation : Une approche combinant inventivité technique et recherche du succès commercial ".Le travail de recherche effectué porte, d'une part, sur l'analyse des composantes de l'innovation et plus précisément sur l'évaluation de la capacité d'innovation d'une entreprise et, d'autre part, sur la recherche de méthodologies susceptibles de développer cette capacité.Deux pistes, identifiées comme complémentaires, sont retenues et leur impact escompté sur la capacité d'innovation est modélisé dans le cadre d'hypothèses. Il s'agit de la TRIZ et de la Stratégie Océan Bleu. Leur potentiel est ensuite éprouvé dans le cadre d'expérimentations en milieu industriel : la création d'une gamme d'appareil de chauffage hybrides de nouvelle génération.

L'eau, l'énergie et l’alimentation sont des ressources essentielles pour l’être humain, et sont nécessaires pour garantir le développement économique et atteindre les objectifs de développement durable. La demande mondiale de ces ressources augmente régulièrement en raison de la croissance démographique et du changement climatique. Par rapport à 2012, la dépendance à l'eau, l'énergie et l'alimentation devrait augmenter respectivement de 40, 50 et 35% d'ici à 2050. Il est prévu que l'atmosphère continue à se réchauffer au cours du XXIe siècle, ce qui exercera une pression croissante sur l'utilisation de l'énergie, la disponibilité de l'eau et la production alimentaire. Ces pressions peuvent entraîner des conflits, comme la compétition pour l’accès à des terres et des ressources contestées. Afin de garantir un accès sécuritaire à l'eau, l'énergie et l’alimentation pour le développement humain, les parties prenantes et les décideurs politiques doivent considérer les différentes vulnérabilités lors de l'élaboration de stratégies visant à réduire les risques climatiques. En outre, l'eau, l'énergie et l’alimentation sont étroitement liées et leurs chaînes d'approvisionnement présentent à la fois des synergies et des compromis. Le lien entre ces trois ressources et l'étude de leur interdépendance a été désigné dans la littérature sous le nom de "Water Energy Food Nexus'' (WEFN). Cette thèse explore les systèmes eau-énergie-alimentation abordés sous l'angle de la communauté Procédés et Systèmes Industriels (PSI), en s’intéressant aux interdépendances complexes de ces systèmes et les potentiels conflits le long de leur chaîne d'approvisionnement
Water, energy, and food are critical resources required to meet basic human needs, ensure economic development, and achieve sustainable development goals. Global demand for these resources is steadily rising due to population growth and climate change. Compared to their 2012 values, reliance on water, energy, and food is projected to increase respectively by 40, 50, and 35 percent by the year 2050. In addition, it is expected that the atmosphere will continue to warm up during the twenty-first century, putting even more pressure on energy use, water availability, and food production. These pressures can result in conflicts, for example, over disputed land and resources. To ensure safe access to water, energy, and food for human development, it is important for planners and policy makers to incorporate various vulnerabilities when designing strategies to reduce climate risks. Moreover, water, energy, and food are highly interrelated, presenting both synergisms and trade-offs along their supply chains. The connection of these three resources and the study of their interdependencies has been referred to in the literature as the Water Energy Food Nexus (WEFN). This dissertation explores the Water Energy Food Nexus, examining the intricate interdependencies and potential conflicts along their supply chain.Within the challenges present in WEFN systems, effective decision-making tools are indispensable. Process Systems Engineering (PSE) tools offer promising avenues for managing WEFN systems. This thesis conducts a thorough literature review, identifying gaps in existing optimization models for WEFN management. Subsequently, a generic multi-objective optimization model is formulated and applied to a real-case study at a regional scale, with sensitivity analyses revealing diverse scenarios. Recognizing the roles of various agents and actors within WEFN systems, a multi-agent analysis, coupled with a multi-criteria decision analysis is executed. The tools and methodologies developed in this study not only contribute to the PSE community, but also provide benchmarks for a comparative analysis of WEFN systems. This research emphasizes the vital role of PSE in addressing complexities of WEFN systems, offering insights for planners and policymakers dealing with the critical interdependencies of water, energy, and food resources

Les enjeux planétaires du développement durable et du réchauffement climatique remettent en cause le fonctionnement de nos sociétés. La transition énergétique se traduit notamment par l’augmentation de l’utilisation des énergies renouvelables et constitue ainsi le contexte de nos travaux. Dans le cadre d’un contrat CIFRE avec l’entreprise VALOREM, nous proposons des méthodologies pour le développement et la conception d’installations renouvelables soutenables. L’approche d’Ingénierie Des Modèles mise en place nous permet de garder une démarche scientifique cohérente entre une vue très générale du contexte d’insertion des renouvelables et une vision plus technique et opérationnelle pour le développement d’installations renouvelables. Dans un premier temps, nous avons décrit de manière macroscopique le contexte d’insertion des énergies renouvelables en France, en proposant un cadre conceptuel pour le développement de projet d’aménagement du territoire. Il permet l’analyse des systèmes sociotechniques en transition grâce à une formalisation UML2 d’une part, et une méthode d’évaluation de la durabilité d’un processus d’autre part. Nous avons illustré ce cadre sur deux cas d’étude : le succès du développement de la centrale hydro-éolienne de l’île d’El Hierro dans les Canaries et l’échec du barrage de Sivens dans le Tarn en France. Par comparaison, nous montrons que l’implication des parties prenantes sur l’ensemble du processus de développement est cruciale pour le succès d’un projet. Nous avons ensuite proposé une implémentation logicielle permettant le suivi et le pilotage de projet d’aménagement du territoire en temps réel à l’aide d’outils d’intelligence artificielle. Conscient des limites opérationnelles de notre proposition, nous avons décidé de changer de point de vue pour adopter une vision plus technique sur les énergies renouvelables. La transition énergétique fait évoluer le système électrique français d’un modèle centralisé vers un modèle décentralisé, ce qui amène VALOREM à reconsidérer ses propositions techniques de production d’énergies renouvelables. Entre autre, l’entreprise tend vers l’hybridation de ses centrales et constate le besoin d’un outil de dimensionnement en phase d’avant-projet, afin d’identifier les opportunités d’activités. Nous faisons donc la proposition d’un prototype logiciel qui se veut flexible en termes de modélisation des centrales de production hybrides renouvelables et en termes de définition des objectifs et contraintes à satisfaire. Il est codé en C++ et basé sur des modèles d’optimisation linéaires. Nous illustrons son opérationnalité sur quatre cas d’étude : deux orientés marché électrique et deux en autoconsommation (l’un isolé, l’autre connecté au réseau). Les résultats des études montrent que les coûts de stockage batterie sont trop élevés pour pouvoir envisager l’installation de batteries dans les centrales hybrides renouvelables. Les systèmes en autoconsommation connectés au réseau semblent être plus prometteurs. Enfin, nous terminons par une analyse environnementale de différentes sources de production électrique afin de déterminer celles vers lesquelles la transition énergétique doit être axée. Les résultats montrent que la biomasse, l’éolien et le PV au sol sont les moyens de production les plus propres. La conclusion de la thèse propose une réflexion ascendante en complexité vers l’implication des acteurs dans les modèles de processus de développement territoriaux
Sustainable growth issues and climate change imply to shift our society organisation towards new paradigms. In the energy sector, it is illustrated by an energy transition via renewables. Within this context and the support of the company VALOREM, we propose a methodology for the sustainable development and design of renewable infrastructures. By using a Model Driven Engineering approach, we were able to adopt several viewpoints on renewable energy issues, while keeping a consistent scientific approach. First of all, from a holistic stance, we developed a conceptual framework for land settlement development process. Thanks to its modelling with UML2 and a methodology to assess the sustainability of processes, it can be used to analyse the trajectory of sociotechnical systems. The framework was tested on two case studies: the success of El Hierro hydrowind power plant implementation in Canary Islands and the failure of the Sivens dam project in the south of France. Their comparison shows that implication of stakeholders at all stages of the development process is crucial for the success of the project. We further propose to implement the conceptual framework as a software tool for the monitoring of land settlement project in real time, with the help of artificial intelligence concepts. However, this proposition was deemed not in line with Valorem’s priorities and we decided to focus on a technical instantiation of the framework for Hybride Renewable Energy Systems (HRES), which design and operation are part of VALOREM’s activity. As, the energy transition implies to change the electrical system model from a centralized to a decentralized one, there exists a need for a grassroots sizing tool for identifying new HRES opportunities. A software prototype for the grassroot optimal design of HRES was developed, offering flexibility in terms of modelling, setting constraints and defining objective functions. It is coded in C++ and based on linear programming model. We showed its relevance on four HRES case studies: two related to electricity market and two for self-supply of energy (one isolated and the other grid-connected). The results show that battery costs are too high to be profitable in HRES and that grid-connected systems seems to be a good alternative. Finally, we carried out an environmental impact assessment of several sources of electricity production to find out which are the “cleaner” ones. The results show that biomass, wind turbines and ground PV are those that should be considered for a sustainable energy transition. In the conclusion, we step back to a more complex viewpoint and develop perspectives to model human interactions within territory development process

Après la crise économique en 2008, l’activité de construction en France a connu une croissance très rapide. La hausse de la demande des matériaux de construction était accompagnée d’une augmentation des quantités de déchets de construction et de CO2 émise. En 2018, l’émission de CO2 liée aux activités humaines a atteint un niveau historique mondial de 37.1 milliards de tonnes. Ceci encourage le développement des matériaux de construction qui répondent aux besoins mutants de la société d’aujourd’hui et de demain. Les géopolymères, préparés par activation alcaline, présentent une opportunité pour produire des nouveaux matériaux plus performants et respectueux de l’environnement dans le secteur de la construction. D’autre part, l’industrialisation et la robotisation font apparition dans le secteur de la construction, avec des nombreux avantages tels que l’augmentation de la productivité, la réduction des gaspillages, du coût et de la pénibilité du travail, ainsi que l’amélioration de la qualité et la sécurité.Ce travail de recherche est mené pour répondre à ces défis et verrous scientifiques. Il est réparti selon trois axes : l’élaboration de nouvelles formulations de briques géopolymères, l’intégration des matériaux géopolymères dans le processus d’industrialisation et de robotisation de la construction, et enfin l’évaluation de l’impact environnemental et économique du nouveau système de fabrication automatisé
After the economic crisis in 2008, construction activity in France grew rapidly. The increase in demand for building materials was accompanied by an increase in the quantities of construction waste and emitted CO2. In 2018, CO2 emissions from human activities reached a world historic level of 37.1 billion tons. This encourages the development of building materials that meet the changing needs of today's and tomorrow's society. Geopolymers, prepared by alkaline activation, present an opportunity to produce new, more efficient and environment-friendly materials in the construction sector. On the other hand, industrialization and robotization are emerging in the construction sector, with many benefits such as increased productivity, reduced waste, cost and arduous work, as well as improved quality and safety.This doctoral thesis is being conducted to address these scientific challenges and issues. These are divided into three research directions: the development of new geopolymer brick formulations, the integration of geopolymer materials into the industrialization and robotization of construction processes, and finally the environmental and economic assessment of the new automated manufacturing system

La qualité des boues est directement liée à la qualité des étapes de traitement présentes au sein d’une station d’épuration. En termes de traitement et d’élimination des boues, nous observons de la part des acteurs locaux, une volonté d’abandon définitif et durable de la filière « dépôt en centre de stockage », étant donnée une règlementation et des plans régionaux (notamment le PREDIS de Corse), toujours plus exigeant en termes de valorisations des déchets industriels et spéciaux. Nous observons également un abandon progressif et programmé des pratiques relatives à l’épandage. En effet, l’épandage des boues d’épuration fait l’objet d’une vaste controverse qui met en avant les risques sanitaires et environnementaux qu’elle engendrerait sur les sols agricoles. Au sein de notre région, cette pratique est réalisée de manière non règlementaire. En Corse, les acteurs locaux semblent avoir optés pour la solution du compostage en vue de valoriser la production de boues d’épuration. En effet, près des 2/3 du tonnage annuel en MS de boues sont actuellement valorisés via cette filière. Le processus de compostage équivaut à une fermentation aérobie, faisant intervenir une multitude de micro-organismes. Cette filière de compostage, au même titre que l’épandage, a connu une forte expansion de son activité mais semble avoir des failles et des limites : problèmes de mauvaises odeurs ; règlementation de plus en plus exigeante ; et enfin surproduction de compost invendable aux vues de la demande. Une autre solution pourrait présenter des atouts supérieurs : la méthanisation avec production d’électricité et de chaleur par cogénération. Cette production d’énergies passe obligatoirement par la valorisation du biogaz produit par ce système. En effet, le biogaz est un mélange contenant principalement du méthane (50 à 70%) et du dioxyde de carbone Du fait d’une forte concentration en méthane, le biogaz est un bon fournisseur d’énergie (1m3 de biogaz a un pouvoir calorifique de 6 kWh soit l’équivalent de 0,6 l de fuel). Pour produire de l’électricité, le processus de méthanisation doit être couplé à un moteur à cogénération ou à plusieurs microturbines. EDF a alors l’obligation de racheter l’électricité produite à un prix se situant entre 11 et 14 centimes d’euros/kwh., Après 15 ans, le rachat du kwh produit se fait aux taux proposés par EDF. En Corse, seulement une station d’épuration est équipée d’un digesteur couplé en série à cinq microturbines, produisant de la chaleur et de l’électricité par cogénération : La station de traitement des eaux usées de Campo Dell’Oro à Ajaccio. Ce procédé de valorisation énergétique pourrait être amélioré via le remplacement à terme, des microtubines par un moteur à cogénération. Une AMCDP a notamment permis de surclasser cette technologie vis-à-vis des microturbines, beaucoup moins efficaces en termes de rendement mais aussi de fonctionnement. L’équipement des stations d’épuration de plus fortes capacités en Corse, de digesteurs associés à un moteur à cogénération pourrait être une solution durable à la problématique de la valorisation énergétique des boues
Sludge quality is directly related to the quality of of these processing steps present in a water treatment plant. In terms of treatment and disposal of sludge, we observe on the part of local actors, a willingness to permanent and lasting abandonment of the sector 'deposit in storage centre'', given a regional plans and regulations (including the PREDIS Corsica), increasingly demanding in terms of valuations of industrial and special waste. We also observe a gradual and planned abandonment of practices for spreading. Indeed, the spreading of sewage sludge is the subject of widespread controversy which highlights the health and environmental risks it would lead to agricultural soils. In our region, this practice is not carried out regulatory manner. In Corsica, the local actors seem to have opted for the solution of compost to enhance the production of sewage sludge. Nearly 2/3 of the annual tonnage MS sludge is currently valued via this pathway. The composting process is equivalent to an aerobic fermentation involving a multitude of microorganisms. This composting stream, as well as spreading, experienced strong expansion of its business but seems to have flaws and limitations: problems with odors; regulatory increasingly demanding; and finally overproduction unsaleable compost to the views of the application.Another solution could present higher advantages: anaerobic digestion with production of electricity and heat from cogeneration. . This energy production go through the biogas produced by this system. Indeed, the biogas is a mixture containing mostly methane (50 – 70 %) and carbon dioxide. Due to a high concentration of methane, biogas is a good energy supplier (1m3 biogas has a calorific value 6 kWh equivalent to 0.6 liters of fuel). To generate electricity, the anaerobic digestion process must be coupled to an engine cogeneration or several microturbines. EDF has the obligation to purchase electricity at a price ranging between 11 and 14 euro cents/kwh. After 15 years, the redemption of the kwh produced is done at the rate offered by EDF.In Corsica, only a treatment plant is equipped with a digester coupled in series to five microturbines, producing heat and electricity cogeneration: The wastewater treatment plant at Campo Dell'Oro /Ajaccio. This energy recovery process could be improved with an eventual replacement of the microtubines by a cogeneration engine. An AMCDP allowed to outperform this technology towards microturbines, much less efficient in terms of performance.The equipment of the highest capacity treatment plants in Corsica, digesters associated with a cogeneration engine could be a lasting solution to the problem of energy recovery of sewage sludge

Dans un contexte de prise en compte croissante des enjeux environnementaux, l'industrie de la chimie et des procédés se retrouve confrontée à des problématiques de substitution de molécules. Les méthodes de formulation inverse, qui consistent en la recherche assistée par ordinateur de molécules satisfaisant un ensemble de contraintes, répondent de manière efficace à ces problématiques. A partir de l'analyse systémique des usages et fonctionnalités nécessaires dans ce contexte, nous développons un outil logiciel de formulation inverse mettant en oeuvre un algorithme génétique. Celui-ci est capable d'explorer un espace de solutions plus vaste en considérant les mélanges et non les molécules seules. Par ailleurs, il propose une définition des problèmes très flexible qui permet la recherche efficiente de molécules issues de filières renouvelables. En s'appuyant sur l'ingénierie système et l'ingénierie d'entreprise, nous proposons un processus formel de prise de décision pour la substitution de produit dans un contexte industriel. Ce processus de décision multi-critères englobe les phases de définition des exigences, de génération de solutions alternatives, de sélection de la meilleure alternative et de mise en oeuvre du produit. Il utilise une approche dirigée par les modèles et des techniques de prises de décision qui garantissent un alignement opérationnel en complément de l'alignement stratégique. A travers un cas d'étude, nous montrons comment l'utilisation conjointe de notre outil de recherche par formulation inverse et de notre processus de décision permet une démarche environnementale de substitution de produit à la fois efficiente et conforme à la réalité de l'entreprise
In a context where environmental issues are increasingly taken into account, the chemical related industry faces situations imposing a chemical product substitution. Computer aided molecular design methods, which consist in finding molecules satisfying a set of constraints, are well adapted to these situations. Using a systemic analysis of the needs and uses linked to this context, we develop a computer aided product design tool implementing a genetic algorithm. It is able to explore a wider solution space thanks to a flexible molecular framework. Besides, by allowing a very flexible setting of the problem to be solved, it enables the search of molecules sourced from renewable resources. Based on concepts from system and enterprise engineering, we formalize a decision making process dedicated to the product substitution in an industrial context. This multi-criteria decision process includes the phases of the requirements definition, of the generation of alternative solutions, of the selection of the best alternative and of the product application. It uses a model driven approach and decision making techniques that guaranty an operational alignment in addition to the strategic alignment across the chemical enterprise. Through a case study, we expose how the combination of our computer aided product design tool and our decision making process enables an environmentally compliant approach of product substitution which is both efficient and in adequacy with enterprise context

La révolution la plus récente dans l'industrie (révolution industrielle 4.0) nécessite une plus grande flexibilité, agilité et efficacité dans l'utilisation des équipements de production. Le système manufacturier cellulaire dynamique (DCMS) est l'un des meilleurs systèmes de production qui répondent à ces exigences. En outre, l'importance croissante du développement durable force les fabricants et les gestionnaires à prendre en compte les enjeux environnementaux et sociaux dans la conception et la configuration des systèmes de fabrication. Cette thèse porte sur la configuration durable des DCMS en proposant trois modèles mathématiques. Le plus grand challenge de cette étude est (i) de choisir des critères sociaux et environnementaux appropriés, (ii) de les intégrer dans des modèles mathématiques et (iii) d'étudier l'impact de ces critères sur des DCMS. Le premier modèle est bi-objectif afin de faire un compromis entre certains critères sociaux (offres d'emplois, risques de la machine, etc.) et économiques (divers coûts liés à la formation de cellules). Pour être plus proche de situations de la vie réelle, certains paramètres tels que la demande, les coûts liés aux machines et la capacité en temps des machines sont considérés comme incertains. Pour résoudre ce problème, une méthode d'optimisation robuste est appliquée pour faire face à cette incertitude. Dans le deuxième modèle, toutes les dimensions du développement durable sont prises en compte dans le modèle mathématique bi-objectif proposé. La première fonction objectif modélise des critères économiques (coûts) et la seconde des aspects environnementaux (déchets de production), tandis que certaines contraintes représentent des questions sociales (principalement le « Daily Noise » à cause de la complexité de calcul). En raison de la NP-difficulté du problème, une nouvelle approche novatrice appelée NSGA II-MOSA est proposée. Le troisième modèle proposé a trois fonctions objectif, une pour chaque type d’enjeux : environnemental, social et économique. Afin d'être proche de la vie réelle, certains paramètres du modèle sont exprimés en termes de valeur floue. Nous proposons une méthode possibiliste hybride pour faire face à l'incertitude et une approche floue interactive est considérée pour résoudre un modèle multi-objectif déterministe pour des solutions de compromis. Enfin, la dernière partie de la thèse étudie la possibilité d'appliquer les trois modèles proposés à l’industrie grâce à une méthode plus facile. Une approche d'optimisation-simulation innovante est introduite pour faire face à la configuration de DCMS : (i) La phase d'optimisation fonctionne comme méthode de fractionnement de scénarii pour réduire le nombre de configurations alternatives en se concentrant sur les niveaux stratégique et tactique. (ii) Ensuite, un outil de simulation détaille le niveau opérationnel en étudiant la performance de chaque alternative et l'interaction entre plusieurs composants de cellules
The most recent revolution in industry (Industrial Revolution 4.0) requires increased flexibility, agility and efficiency in the use of production equipment. Dynamic Cellular Manufacturing System (DCMS) is one of the best production systems to meet such requirements. In addition, the increasing importance of sustainable development forces manufacturers and managers to take account of the environmental and social issues in the design and configuration of manufacturing systems. This thesis focuses on the sustainable configuration of DCMS by proposing three mathematical models. The main challenge of this study is to (i) choose appropriate social and environmental criteria, (ii) integrate them in mathematical models, and (iii) study the impact of these criteria on DCMS. The first model is bi-objective in order to make a trade-off between some social (job opportunity, potential machine hazards, etc.) and economic (various costs related to cell formation) criteria. To get closer to real-life situations, some parameters such as demand, machine-related costs and time capacity of the machines are considered as uncertain. To solve this problem, a robust optimization method is applied to cope with this uncertainty. In the second model, all dimensions of sustainable development are taken into account in a new bi-objective mathematical model. The first objective function models economic criteria (costs) and the second one environmental aspects (production waste), while social issues (mainly Daily Noise Dosage because of computational complexity) are modeled as constraints. Due to the NP-hardness of the problem, a new innovative approach called NSGA II-MOSA is proposed. The last model has three objective functions, one for each dimension of the sustainable development: environmental, social and economic. In order to be close to real life, some parameters of the model are expressed in terms of fuzzy value. We propose a hybridized possibilistic method to deal with uncertainty and an interactive fuzzy approach is considered to solve an auxiliary crisp multi-objective model in order to find trade-off solutions. Finally, the last part of the thesis studies the possibility to apply the three proposed models to the industry thanks to an easier method. A novel optimization-simulation approach is introduced to deal with the configuration of DCMS: (i) the optimization phase operates as scenario fraction method in order to reduce the number of alternative configurations by focusing on strategic and tactical levels; (ii) next, a simulation tool investigates the operational level by studying the performance of each alternative and the interaction between several components of the cells

Confronté à des enjeux économiques et environnementaux croissants, le monde industriel doit s’adapter afin de répondre aux problématiques actuelles. La production industrielle est responsable de 83% de la production mondiale de déchets solides et de 40% de la consommation d’énergie, et l’ordonnancement s’avère être un levier prometteur pour agir sur ces enjeux. L’état de l’art réalisé montre que les travaux de recherche traitent en majorité des enjeux énergétiques. Cette thèse propose de s’intéresser à la problématique suivante : Comment intégrer la réduction des déchets dans l’ordonnancement des opérations ? L’état de l’art sur le sujet faisant émerger une terminologie disparate, une classification est proposée pour unifier ce champ de recherche hétérogène. Pour répondre à la problématique, nous proposons une méthodologie combinant le suivi des flux de matière avec les paramètres d’ordonnancement pour permettre l’identification des opportunités de réduction de la génération de déchets par l’ordonnancement, et la caractérisation du problème d’ordonnancement correspondant. Une étude de cas valide la méthodologie et l’intérêt des résultats obtenus. En se basant sur ces résultats, un problème d’ordonnancement bi-objectif machine-unique avec réentrance dans un contexte de fabrication à la commande est modélisé en programmation linéaire. Deux méthodes de résolution ‒ exacte et métaheuristique ‒ sont comparées et démontrent le potentiel de l’ordonnancement pour la réduction de la génération de déchets industriels. Cette résolution fournit aux preneurs de décision des solutions alternatives adaptées, et permet une réduction des déchets significative en contrepartie d’une augmentation de stock limitée. Ces travaux se concentrant sur les déchets ouvrent la voie à d’autres enjeux environnementaux comme l’intégration des enjeux énergétiques et d’émissions atmosphériques, et à la considération du critère social afin d’englober les trois piliers du développement durable
Faced with growing environmental and economic concerns, the industrial world needs to adapt in order to tackle these issues. Industrial production is responsible for 83% of the global solid waste production and 40% of worldwide energy consumption. Operations scheduling appears to be a promising tool to address both the environmental and economic aspects of this problem. A literature review shows that numerous studies have been focusing on reducing energy consumption. This dissertation focuses on a relatively nascent field, namely the topic of waste generation minimization through operations scheduling. The motivating research question can be formulated as: How to integrate waste minimization into operations scheduling? A state-of-the-art on the subject shows a heterogeneous field with a disparate terminology, and a classification scheme is proposed to help unify research on this topic. To answer the research question, a methodology combining flow assessment tools and scheduling parameters is proposed, which enables the identification of waste-minimizing scheduling opportunities in a production system and the characterization of the corresponding scheduling problem. A case study is carried out and validates the applicability of this methodology and the interest of the results it provides. Based on those results, a single-machine waste-minimizing scheduling problem with reentrance in a make-to-order context is modeled using linear programming. Two solving approaches – one exact and one metaheuristic – are compared, and highlight the potential of operations scheduling to reduce industrial waste. Alternative solutions provide relevant trade-offs to decision-makers, offering significant waste reduction in return for a limited increase in inventory. As this methodology focuses on waste, it paves the way for the integration of new environmental aspects such as energy consumption and atmospheric emissions, as well as the social criteria in order to fully encompass the triple bottom line of sustainable development

Le furfural, identifié comme l'un des 30 principaux produits chimiques biologiques, est une molécule importante en terme de chimie verte et développement durable. L'objectif de ce travail de doctorat est de réaliser la synthèse et la conversion du furfural en flux continu et par lots. Ici, nous avons développé des méthodes plus éco-efficiente pour la synthèse du furfural, et valorisé le furfural en produits à haute valeur ajoutée, tels que le 2-furonitrile, l'alcool furfurylique, etc... Plusieurs questions clés ont été identifiées afin de concevoir des processus plus écologiques que les processus actuels. En détail, des expériences de synthèse du furfural ont été réalisées dans l'eau pure ou dans un mélange eau-solvants organiques lorsque des co-solvants (verts ou écologiques) sont nécessaires. L'irradiation par micro-ondes a été choisie comme méthode de chauffage pour accélérer le processus de déshydratation, et un réacteur à flux continu à micro-ondes a également été utilisé pour améliorer la productivité du furfural. En partant du furfural pour produire des produits chimiques à haute valeur ajoutée, des réacteurs à flux efficace, tels que Pheonix, H-cube Pro ainsi que des micro-ondes à flux continu avec micro-réacteur, ont également été identifiés comme des alternatives intéressantes pour améliorer la productivité des composés cibles. En conséquence, certains résultats prometteurs ont été obtenus du point de vue de l'industrie
Furfural, which has been identified as one of top 30 bio-based chemicals, is an important green platform molecule, The aim of this PhD work is to realize the synthesis and conversion of furfural in batch and continuous flow. Here, we developed sorne greener methods for furfural synthesis, and valorized furfural into high value-added products, such as 2-furonitrile, furfuryl alcohol etc. Several keys issues were identified in order to design processes greener than the current ones. ln detail, experiments for furfural synthesis were performed in water or in water and organic solvent when co-solvents (green or eco-friendly) are necessary. Microwave irradiation has been chosen as the heating method to accelerate the dehydration process, and microwave continuous flow reactor was also applied to improve furfural productivity. When starting from furfural to produce high value-added chemicals, efficient flow reactors, suc as Pheonix, H-cube Pro as well as microwave continuous flow With micro-reactor, were also identified as interesting alternatives to improve the productivities of target compounds. As a result, some promising results were obtained in the viewpoint of industry

L'origine anthropique du phénomène de pollution globale est désormais confirmée. Il ne s'agit donc plus de remettre en question le fait que les activités économiques engendrent des répercussions écologiques importantes, le défi consiste plutôt à élaborer et appliquer des mécanismes de protection environnementale, visant à atténuer l'empreinte écologique des activités économiques. Les impacts environnementaux sont principalement générés par le processus de production d'un produit, il convient alors de s'y intéresser. C'est pourquoi nous cherchons à savoir comment favoriser le développement de procédés et de méthodes de production écologiques (PMP) sur le plan des activités économiques internationales. Il est pourtant difficile d'y arriver, car l'utilisation commerciale des PMP constitue un véritable débat entre le commerce et l'environnement. D'un côté, le droit international de l'environnement envisage l'utilisation commerciale des PMP comme un moyen efficace d'atteindre un développement durable et élabore des mécanismes en conséquence. De l'autre côté, la réglementation de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) ne permet pas aux États d'appliquer des mesures commerciales fondées sur des PMP, sauf en cas de circonstances exceptionnelles. La dynamique Nord-Sud vient aussi alimenter le débat, les pays du Sud craignent que les pays du Nord utilisent les PMP afin de protéger leur marché et perçoivent l'élaboration des PMP comme étant secondaire aux objectifs de développement économique. Il est ainsi pertinent de tenir compte de ces différentes problématiques afin de déterminer le moyen opportun d'appliquer les PMP au niveau du commerce international. À cet égard, nous concluons notre étude en proposant de réformer le cadre réglementaire de l'OMC afin de permettre l'utilisation des PMP dans les échanges commerciaux internationaux. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Procédés et méthodes de production (PMP), Droit international de l'environnement, développement durable, OMC, dynamique Nord-Sud