Dissertations / Theses on the topic 'Gaz carbonique – Aspect de l'environnement'

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020
Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020
Le secteur du bâtiment émet jusqu’à 30% des émissions de gaz à effet de serre (GES) mondiales. Au Canada, il émet 12% des émissions de GES directes et subira une croissance importante d’ici 2030. Accroître l’utilisation des produits du bois pourrait diminuer les impacts climatiques attribués au secteur du bâtiment, ce qui contribuerait à l’atteinte des cibles nationales de réduction des émissions de GES. En stimulant un aménagement forestier durable, cela limiterait aussi les émissions de GES en forêt, en diminuant par exemple les risques de perturbations naturelles. Une gestion intégrée stimulant les secteurs du bâtiment, de la forêt et des produits du bois générerait un maximum de bénéfices environnementaux (i) en maintenant ou augmentant les stocks de carbone en forêt; (ii) en augmentant le stockage temporaire dans les produits du bois; (iii) en encourageant la substitution de matériaux à plus haute empreinte carbone. Le potentiel réel des stratégies d’atténuation faisant intervenir les produits du bois est difficile à quantifier. L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil utilisé en génie environnemental pour déterminer les impacts environnementaux d'un produit ou d'un service sur son cycle de vie. Cependant, en ACV, il n'existe aucun consensus sur la modélisation du carbone issu de processus biologiques, le carbone biogénique. Les ACV traditionnelles (statiques) ne considèrent pas l’influence des aspects temporels; elles reposent souvent sur les hypothèses que le carbone biogénique est (1) carboneutre ou (2) entièrement émis à la récolte. Ceci est problématique car les impacts climatiques d’un GES sont liés aux variations de sa concentration atmosphérique dans le temps. Les méthodes statiques peuvent donc mener à d’importantes erreurs d’estimation. Par exemple, 57% du carbone séquestré dans les produits du bois canadiens entre 1990 et 2008 est encore stocké dans l’anthroposphère. Considérer ce carboneentièrement émis induit une erreur d’estimation de 675 Mt CO2, l’équivalent de 92% des émissions de GES canadiennes en 2014. Les méthodes dites dynamiques permettent de considérer l’influence d’aspects temporels en ACV. Elles permettent d’éviter les hypothèses simplificatrices (1) et (2). Cependant, ces méthodes sont relativement récentes. Il existe peu d’exemples de leur application dans la littérature, notamment dans le domaine de l’ACV du bâtiment, où leur complexité additionnelle en termes de ressources (temps, données) est un enjeu important. L’objectif de ce projet est de comparer les résultats des méthodes statique et dynamique pour l’évaluation des impacts climatiques des produits du bois en ACV du bâtiment. Plus spécifiquement, cet objectif implique d’identifier une méthode dynamique adaptée à l’ACV du bâtiment, puis de l’utiliser dans une étude de cas. Ces objectifs spécifiques sont couverts dans deux articles. Le premier article dresse une revue critique des méthodes de modélisation du carbone biogénique en ACV et identifie la méthode dynamique du potentiel de réchauffement global biogénique (PRGbio) comme bien adaptée à l’ACV du bâtiment. Celle-ci permet d’intégrer des aspects dynamiques à l’ACV du bâtiment sans trop complexifier la collecte de données d’inventaire du cycle de vie. Le second article décrit l’application de la méthode PRGbio à l’étude de cas des Habitations Trentino, un bâtiment en bois situé à Québec. Comparativement à une approche statique, l’approche dynamique entraîne une réduction des impacts climatiques liés à l’utilisation des produits du bois. Ce résultat suggère que les méthodes d’ACV actuelles surévaluent les impacts environnementaux du carbone biogénique, et que des politiques encourageant la construction en bois auraient un potentiel d’atténuation des changements climatiques prometteur.
Le secteur du bâtiment émet jusqu’à 30% des émissions de gaz à effet de serre (GES) mondiales. Au Canada, il émet 12% des émissions de GES directes et subira une croissance importante d’ici 2030. Accroître l’utilisation des produits du bois pourrait diminuer les impacts climatiques attribués au secteur du bâtiment, ce qui contribuerait à l’atteinte des cibles nationales de réduction des émissions de GES. En stimulant un aménagement forestier durable, cela limiterait aussi les émissions de GES en forêt, en diminuant par exemple les risques de perturbations naturelles. Une gestion intégrée stimulant les secteurs du bâtiment, de la forêt et des produits du bois générerait un maximum de bénéfices environnementaux (i) en maintenant ou augmentant les stocks de carbone en forêt; (ii) en augmentant le stockage temporaire dans les produits du bois; (iii) en encourageant la substitution de matériaux à plus haute empreinte carbone. Le potentiel réel des stratégies d’atténuation faisant intervenir les produits du bois est difficile à quantifier. L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil utilisé en génie environnemental pour déterminer les impacts environnementaux d'un produit ou d'un service sur son cycle de vie. Cependant, en ACV, il n'existe aucun consensus sur la modélisation du carbone issu de processus biologiques, le carbone biogénique. Les ACV traditionnelles (statiques) ne considèrent pas l’influence des aspects temporels; elles reposent souvent sur les hypothèses que le carbone biogénique est (1) carboneutre ou (2) entièrement émis à la récolte. Ceci est problématique car les impacts climatiques d’un GES sont liés aux variations de sa concentration atmosphérique dans le temps. Les méthodes statiques peuvent donc mener à d’importantes erreurs d’estimation. Par exemple, 57% du carbone séquestré dans les produits du bois canadiens entre 1990 et 2008 est encore stocké dans l’anthroposphère. Considérer ce carboneentièrement émis induit une erreur d’estimation de 675 Mt CO2, l’équivalent de 92% des émissions de GES canadiennes en 2014. Les méthodes dites dynamiques permettent de considérer l’influence d’aspects temporels en ACV. Elles permettent d’éviter les hypothèses simplificatrices (1) et (2). Cependant, ces méthodes sont relativement récentes. Il existe peu d’exemples de leur application dans la littérature, notamment dans le domaine de l’ACV du bâtiment, où leur complexité additionnelle en termes de ressources (temps, données) est un enjeu important. L’objectif de ce projet est de comparer les résultats des méthodes statique et dynamique pour l’évaluation des impacts climatiques des produits du bois en ACV du bâtiment. Plus spécifiquement, cet objectif implique d’identifier une méthode dynamique adaptée à l’ACV du bâtiment, puis de l’utiliser dans une étude de cas. Ces objectifs spécifiques sont couverts dans deux articles. Le premier article dresse une revue critique des méthodes de modélisation du carbone biogénique en ACV et identifie la méthode dynamique du potentiel de réchauffement global biogénique (PRGbio) comme bien adaptée à l’ACV du bâtiment. Celle-ci permet d’intégrer des aspects dynamiques à l’ACV du bâtiment sans trop complexifier la collecte de données d’inventaire du cycle de vie. Le second article décrit l’application de la méthode PRGbio à l’étude de cas des Habitations Trentino, un bâtiment en bois situé à Québec. Comparativement à une approche statique, l’approche dynamique entraîne une réduction des impacts climatiques liés à l’utilisation des produits du bois. Ce résultat suggère que les méthodes d’ACV actuelles surévaluent les impacts environnementaux du carbone biogénique, et que des politiques encourageant la construction en bois auraient un potentiel d’atténuation des changements climatiques prometteur.
The building sector accounts for up to 30% of global GHG emissions. In Canada, it represents 12% of direct GHG emissions; these impacts are expected to significantly increase before 2030. Using more harvested wood products (HWP) in buildings could reduce the climate change impacts of the building sector and help reach the national mitigation goals set under the Paris Agreement. By encouraging sustainable forest management, this could also reduce forest carbon emissions, e.g. by reducing the risks and consequences of natural disturbances (fires, insects, etc.). Combining (i) sustainable forest management, (ii) temporary carbon storage and (iii) substitution benefits in integrated management approaches could provide large, necessary mitigation benefits. The potential benefits of integrated approaches including HWP are increasingly recognized, but assessing their actual climate impacts remains challenging. Life cycle assessment (LCA) is used in environmental engineering to assess the life cycle impacts products or services. However, there is currently no consensus in LCA on the assessment of carbon from biological processes, biogenic carbon. Traditional (static) practice disregards the influence of time considerations in LCA, and generally considers biogenic carbon (1) carbon neutral or (2) entirely emitted at the moment of harvest. This is a problem, since the climate change impacts of greenhouse gases (GHG) are a function of their atmospheric concentration over time. Disregarding time considerations can thus lead to estimation errors. In Canada, 57% of the biogenic carbon captured in wood products between 1990 and 2008 still remains in the anthroposphere. To consider it entirely emitted at harvest induces an estimation error of 675 Mt CO2, or approximately 92% of total Canadian GHG emissions in 2014. Dynamic approaches include time considerations in LCA and avoid simplifying assumptions (1) and (2). However, dynamic approaches are relatively recent. There are few available case studies and guidelines in the literature, notably in the field of building LCA, where the additional complexity and ressources (time, data) is a concern. The goal of this project is to compare the results of static and dynamic LCA approaches in the analysis of the climate change impacts of HWP in building LCA. More specifically, this goal implies identifying a dynamic approach well adapted to building LCA, and applying it in a case study. These objectives are covered in two articles. The first article is a critical review of biogenic carbon assessment methods in LCA. It identifies the biogenic global warming potential (GWPbio), a dynamic LCA approach, as well adapted for building LCA. The GWPbio approach can include time considerations in LCA, but is less resource-intensive than other approaches. The second article describes the use of GWPbio in the LCA of the Trentino building, a timber building located in Quebec City. Compared to static approaches, using GWPbio reduces the global warming impacts of HWP. This result suggests that current LCIA practice overestimates the impacts of biogenic carbon and HWP. Consequently, encouraging an increased use of HWP in the building sector could provide promising climate change mitigation benefits.
The building sector accounts for up to 30% of global GHG emissions. In Canada, it represents 12% of direct GHG emissions; these impacts are expected to significantly increase before 2030. Using more harvested wood products (HWP) in buildings could reduce the climate change impacts of the building sector and help reach the national mitigation goals set under the Paris Agreement. By encouraging sustainable forest management, this could also reduce forest carbon emissions, e.g. by reducing the risks and consequences of natural disturbances (fires, insects, etc.). Combining (i) sustainable forest management, (ii) temporary carbon storage and (iii) substitution benefits in integrated management approaches could provide large, necessary mitigation benefits. The potential benefits of integrated approaches including HWP are increasingly recognized, but assessing their actual climate impacts remains challenging. Life cycle assessment (LCA) is used in environmental engineering to assess the life cycle impacts products or services. However, there is currently no consensus in LCA on the assessment of carbon from biological processes, biogenic carbon. Traditional (static) practice disregards the influence of time considerations in LCA, and generally considers biogenic carbon (1) carbon neutral or (2) entirely emitted at the moment of harvest. This is a problem, since the climate change impacts of greenhouse gases (GHG) are a function of their atmospheric concentration over time. Disregarding time considerations can thus lead to estimation errors. In Canada, 57% of the biogenic carbon captured in wood products between 1990 and 2008 still remains in the anthroposphere. To consider it entirely emitted at harvest induces an estimation error of 675 Mt CO2, or approximately 92% of total Canadian GHG emissions in 2014. Dynamic approaches include time considerations in LCA and avoid simplifying assumptions (1) and (2). However, dynamic approaches are relatively recent. There are few available case studies and guidelines in the literature, notably in the field of building LCA, where the additional complexity and ressources (time, data) is a concern. The goal of this project is to compare the results of static and dynamic LCA approaches in the analysis of the climate change impacts of HWP in building LCA. More specifically, this goal implies identifying a dynamic approach well adapted to building LCA, and applying it in a case study. These objectives are covered in two articles. The first article is a critical review of biogenic carbon assessment methods in LCA. It identifies the biogenic global warming potential (GWPbio), a dynamic LCA approach, as well adapted for building LCA. The GWPbio approach can include time considerations in LCA, but is less resource-intensive than other approaches. The second article describes the use of GWPbio in the LCA of the Trentino building, a timber building located in Quebec City. Compared to static approaches, using GWPbio reduces the global warming impacts of HWP. This result suggests that current LCIA practice overestimates the impacts of biogenic carbon and HWP. Consequently, encouraging an increased use of HWP in the building sector could provide promising climate change mitigation benefits.

Suite à la ratification par le Canada de traités de réduction des émissions de gaz à effets de serre (GES), différents paliers de gouvernement ont mis en œuvre des politiques visant la réduction des émissions industrielles et liées au transport. Depuis 2013, le Québec, conjointement avec la Californie et l’Ontario, ont mis en place un marché du carbone pour encourager les entreprises à réduire leurs émissions. L’industrie forestière, s’appuyant sur le transport de marchandises, pourrait bénéficier de ce régime en termes de prise de décision sur la planification du transport. Cette étude vise à analyser le potentiel des stratégies de réduction des émissions de carbone et à proposer des suggestions appropriées sur la prise de décision en matière de la planification du transport. Quatre stratégies sont principalement envisagées : la réduction de la vitesse, la conduite écologique, le transport intermodal et les modes de chargement. Combinant les stratégies, des modèles d'optimisation dont l'objectif est de minimiser des coûts sont développés sous les contraintes des émissions. Ces modèles impliquent la planification de la distribution de la gestion de la chaîne d'approvisionnement et des problèmes de tournées de véhicules. Microsoft Excel, OpenSolver, Gurobi et LocalSolver sont principalement utilisés pour la modélisation et l’optimisation. Un front de Pareto est par la suite utilisé pour illustrer la relation entre le coût de transport et les émissions de carbone. Pour démontrer les méthodologies, une étude de cas est présentée en utilisant des données réelles. Il est constaté que l'éco-conduite présente un potentiel de réduction des émissions intéressant dans une gamme réaliste d'augmentation des prix. Le choix des stratégies varie selon les préférences du décideur et la difficulté de mise en œuvre des stratégies.
With the ratification of greenhouse gas (GHG) reduction agreements by Canada, various levels of government implemented policies to reduce transport-related and other industrial emissions. Since 2013, Québec, together with California and Ontario, has established a carbon market to encourage firms to reduce their emissions. The forest industry could benefit from this scheme in terms of improving efficiency and lessening the environmental impact of wood product transport. This study aims to assess the potential of carbon emission reduction strategies and to provide recommendations on improving the logistics of transporting wood-based materials. There are four main strategies considered in this paper; namely low-speed driving, eco-driving, intermodal transportation, and optimizing loading pattern. By combining these strategies, optimization models are developed with the objective of cost minimization under the constraints of emissions. These models involve the distribution planning of supply chain management and routing problems. Microsoft Excel, OpenSolver, Gurobi, and LocalSolver are mainly used for modeling and optimization. Pareto Front is also used to illustrate the relationship between transportation cost and carbon emission. To demonstrate the methodologies, a case study is exhibited using real world data. It is found that eco-driving has considerable potential in reducing emissions under a feasible range of price increases. The selection of strategies is based on the decision makers’ preferences and the difficulty of strategy implementation.

L'implication des émissions de dioxyde de carbone (CO2) anthropiques dans les changements climatiques est aujourd'hui admise et des solutions émergent pour lutter contre l'accumulation de CO2. La minéralisation du carbone, qui permet de séquestrer le CO2 sous forme de carbonates, stables à l'échelle géologique, est une des options envisagées. Parmi les voies de minéralisation du carbone envisagées, la minéralisation passive des résidus miniers ultramafiques permettrait de compenser les émissions en CO2 d'une exploitation minière. Toutefois, les impacts sur la qualité des eaux de lixiviation et l'évolution de la capacité de séquestration en conditions naturelles, à moyenne et grande échelle, sont peu documentés. La compagnie RNC Minerals a pour objectif d'exploiter un gisement de nickel situé dans le Nord-Ouest de la province du Québec. L'exploitation du Projet Dumont Nickel (PDN) aboutirait à la production d'environ 1,7 Gt de résidus miniers ultramafiques. Les différents facteurs qui influencent la capacité de séquestration des résidus du PDN ont été étudiés en laboratoire, à des teneurs en CO2 variables. Dans cette étude, les processus de la minéralisation passive dans les résidus du PDN, sont décrits et la capacité de séquestration en CO2 atmosphérique est estimée à moyenne échelle, en conditions naturelles. Pour étudier les impacts de l'altération météorique des résidus miniers du PDN, deux cellules expérimentales ont été construites et instrumentées. La première EC-1, contient les résidus ultramafiques, qualifiés de stériles (Waste-rock) et la seconde EC-2 a été remplie avec les résidus d'usinage (Tailings). Les propriétés hydrogéologiques et la surface spécifique des résidus des deux cellules sont différentes alors que la minéralogie est similaire. Les résidus sont composés principalement d'antigorite, de lizardite, de chrysotile, de brucite, de magnetite et de chlorite. Entre 2011 et 2015, l'évolution de la concentration en CO2, de la minéralogie, et de la composition chimique des lixiviats ont été enregistrées. Le suivi des concentrations en CO2 permet d'observer une diminution de la concentration en CO2 de la surface (~390 ppmv) vers le fond des parcelles (~100 ppmv). Dans le même temps, la teneur en carbone dans les résidus altérés a augmenté et les analyses minéralogiques révèlent la présence de plusieurs carbonates de magnésium comme l'hydromagnésite. Ces données suggèrent que les résidus séquestrent du CO2 passivement. Dans les cellules expérimentales le CO2 peut provenir de 3 sources : (1) l'atmosphère, (2) la dégradation de la matière organique, et (3) la dissolution des carbonates. Les compositions isotopiques du CO2(g), et des carbonates néoformés ont été mesurées. Ces analyses ont permis de mettre en évidence que la dissolution du CO2(g) dans l'eau interstitielle limite la capacité de séquestration et que le CO2 atmosphérique est la source du CO2 séquestré. Malgré les différences entre les deux cellules expérimentales les même processus contrôlent la séquestration du CO2. Un modèle conceptuel de la réaction de minéralisation du carbone, comprenant l'évolution de la composition isotopique, est proposé. Les lixiviats, récoltés aux bas des cellules expérimentales entre mai et novembre depuis 2011 sont caractérisés par un pH alcalin (~9,5), une alcalinité élevée (~90 à ~750 mg/L) et une forte concentration en magnésium (~50 à ~750 mg/L). Cette composition est en accord avec l'altération des résidus ultramafiques en milieu ouvert au CO2. Depuis 2012, la composition chimique des lixiviats évolue en fonction des saisons. Ces variations saisonnières sont expliquées par : (1) les variations climatiques au cours d'une année et (2) l'augmentation de la précipitation de carbonate entre mai et juillet. La diminution saisonnière de l'alcalinité et de la concentration en magnésium, provoqué par l'augmentation de la précipitation de carbonates, induit une sous-saturation des minéraux carbonatés ce qui limite la capacité de séquestration en CO2. Un taux de séquestration en CO2 atmosphérique de 1,4 (+/- 0.3) kg CO2/tonne/an a été mesuré dans les résidus de concentrateur (EC-2). À l'échelle de l'exploitation minière, les résidus de concentrateur permettraient la séquestration de 21 kt de CO2 atmosphérique par an ce qui correspond à un quart des émissions annuelles de la future mine. Le modèle MIN3P, qui permet de simuler le transport réactif multi composants et multiphasiques dans un milieu poreux insaturé, a été utilisé pour simuler en 1D la réaction de minéralisation au centre de la cellule EC-2. L'ensemble des données récoltées a été utilisé pour calibrer le modèle. Toutefois, aucune des simulations n’a permis de reproduire l'évolution de la géochimie des lixiviats et la concentration en CO2 observés. Plusieurs simplifications du modèle conceptuel pourraient expliquer les différences avec les données observées.
The implication of anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions in climate change is now widely accepted and solutions are emerging in order to limit the accumulation of CO2. Carbon mineralization, which allows the sequestration of CO2 through carbonate precipitation, stable minerals over geological time scales, is one of the options considered. Among the proposed carbon mineralization pathways, passive carbon mineralization in ultramafic mining residues can potentially lead to developing carbon-neutral mines. However, the impacts on leachate water quality and evolution of sequestration capacity in natural conditions, on medium and large scales, are still poorly documented. RNC Minerals plans to mine a nickel deposit located in the northwestern part of Quebec. The operation at the Dumont Nickel Project (DNP) would produce approximately 1.7 Gt of ultramafic mining residues. Several factors which influence the carbon sequestration capacity of the DNP residues have been studied in the laboratory, at variable CO2 concentrations. In this study, the processes of passive carbon mineralization in the DNP mining residues are described and the atmospheric CO2 sequestration capacity is estimated, at the experimental cell scale, under natural conditions. In order to study the impacts of meteoric weathering of the DNP residues, two experimental cells were built and instrumented. The first cell EC-1, contains the ultramafic waste rock, and the second EC-2, was filled with milling residues (Tailings). The hydrogeological properties and surface area of the residues contained in the two cells are different whereas the mineralogy is similar. The main minerals in the residues are chrysotile, lizardite, brucite, chlorite and magnetite. Between 2011 and 2015, changes in CO2 concentrations, mineralogy, and chemical composition of leachate waters were recorded. Monitoring of CO2 concentrations showed a decrease in CO2 concentration from the surface (~ 390 ppmv) to the bottom of the cells (~ 100 ppmv). At the same time, the carbon content in the weathered residues increased and the mineralogical analyses revealed precipitation of several magnesium carbonates such as hydromagnesite. These observations indicate that passive mineral carbonation of the mining residues is occurring within the experimental cells, for which three potential sources of CO2 can be identified : (1) the atmosphere, (2) the CO2(g) produced from organic matter oxydation, and (3) CO2(g) produced from carbonate dissolution. The isotopic compositions of CO2(g) and newly formed carbonates were measured. Using these isotopic compositions it was possible to demonstrate that dissolution of CO2(g) in interstitial water limits the sequestration capacity and that atmospheric CO2 is the main source of the CO2 sequestered. Despite the differences between the two experimental cells the same processes control CO2 sequestration. A conceptual model of the carbon mineralization reactions, including evolution of the isotopic compositions, is proposed. The leachate water sampled at the bottom of the experimental cells, between May and November since 2011, is characterized by an alkaline pH (~9.5), a high alkalinity (~90 to ~750 mg/L CaCO3) and a high concentration of magnesium (~50 at ~750 mg/L). This composition is consistent with weathering of ultramafic rocks in a system open to CO2. Since 2012, the chemical composition of the leachate water was evolved seasonnaly. These seasonal variations are explained by: (1) recharge and temeprature variations over the year and (2) increased carbonate precipitation between May and July. The seasonal decrease of alkalinity and magnesium concentrations, caused by increased carbonate precipitation, induces undersaturation of carbonate minerals. Therefore carbonate precipitation self-limits carbon sequestration through a negative feed-back loop. Since 2011, an estimated 13 kg of atmospheric CO2 was sequestered in the milling residues from EC-2, which corresponds to a mean rate of 1,4 (+/- 0.3) kgCO2/tonne/year. Using this mean rate, during the mining operation the milling residues will sequester about 21 kt of atmospheric CO2 each year, which will represents one quarter of the 127,700 tonnes of CO2 emitted. Using MIN3P, a numerical model which allow to simulate multi-component and multiphase reactive transport in unsaturated porous media, the carbon mineralization reactions were simulated in 1D at the center of cell EC-2. The data collected during the 4 years of monitoring were used to calibrate the numerical model. However, none of the simulations allowed to reproduce the evolution of the leachate water geochemistry and the CO2 concentrations observed in the experimental cell. Several simplifications of the conceptual model could explain the differences with the observed data.

L’aménagement forestier perturbe le cycle du carbone des écosystèmes de la forêt boréale. Les deux principales composantes de ce cycle, soit la photosynthèse et la respiration, déterminent l’état de puits ou de source de carbone d’un écosystème. Cet état varie en fonction des conditions édapho-climatiques mais est principalement influencé par le stade de développement d’un écosystème. En Amérique du Nord, l’aménagement forestier influe sur la superficie relative de parterres de coupe, de peuplements juvéniles et de peuplements matures. La quantification de la perturbation du cycle du carbone des écosystèmes forestiers boréaux induite par l’aménagement forestier est nécessaire à l’estimation du bilan en carbone de la forêt boréale et à l’établissement de prédictions concernant les variations de ce bilan en carbone dans un contexte de changement climatique. C’est pourquoi les flux de dioxyde de carbone (CO2) d’une chronoséquence de récolte d’écosystèmes d’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) de la forêt boréale de l’Est de l’Amérique du Nord ont été mesurés sur une période d’un an à l’aide de la technique par covariance de turbulences à l’échelle de l’écosystème et l’efflux de CO2 des sols a été mesuré à l’aide d’un analyseur de gaz à infrarouges portable. L’objectif de l’étude était de quantifier les composantes du bilan annuel en carbone des sites afin d’identifier les processus physiologiques majeurs contribuant au passage d’une source à un puits de carbone suivant la récolte. Sur une base annuelle, le site pré-récolte (105 ans) était un faible puits de carbone (6 ± 4 g C m-2 an-1), le site récemment récolté (8 ans) était une source (-87 ± 3 g C m-2 an-1) et le site juvénile (33 ans) était un puits moyen à fort (143 ± 35 g C m-2 an-1). La production primaire brute (GEP) annuelle au site pré-récolte était seulement 28% plus élevée qu’au site récemment récolté (646 ± 6 contre 504 ± 5 g C m-2 an-1). La GEP annuelle au site juvénile (1107 ± 32 g C m-2 an-1) était 71% plus élevée que la GEP annuelle au site pré-récolte, ce qui suggère une limitation physiologique de la photosynthèse au site pré-récolte. La respiration de l’écosystème (Re) annuelle a suivi la même tendance mais les différences entre sites étaient moindres (640 ± 8 à 591 ± 6 à 964 ± 50 g C m-2 an-1). Le facteur de sensibilité aux variations de la température du sol de la respiration du sol (Q10) et le taux moyen de respiration du sol de base (R10) pour la période sans neige étaient différents entre les sites et étaient les plus bas au site récemment récolté. Le Q10 et le R10 de la respiration du sol (Rs) semblaient reliés à la GEP annuelle. La Rs annuelle a diminué suivant la récolte et a augmenté avec le temps depuis la récolte (593 à 500 à 644 g C m-2 an-1). Le rapport annuel de la Rs à la Re était plus bas au site post-récolte qu’aux deux autres sites (67% contre 93% et 85%). Ces résultats caractérisent l’évolution des processus physiologiques majeurs influençant le cycle du carbone des écosystèmes boréaux d’épinette noire suite à la récolte et devraient être utiles à l’incorporation des effets de l’âge des écosystèmes dans les modèles régionaux et globaux.
Forest harvest and subsequent stand development can have major effects on the carbon cycle of boreal stands. Carbon dioxide (CO2) fluxes of a three-point black spruce harvest chronosequence located in the boreal forest of eastern North America were measured over a one-year period at the ecosystem scale with the eddy covariance technique and CO2 efflux from soils was measured with a portable infrared gas analyzer. The three sites (pre-harvest, recently-harvested, and juvenile) were 105-, 8- and 33-years old, respectively. On an annual basis, the pre-harvest site (EOBS) was a weak carbon sink (6 ± 4 g C m-2 yr-1), the recently-harvested site (HBS00) a source (-87 ± 3 g C m-2 yr-1) and the juvenile site a moderate to strong sink (143 ± 35 g C m-2 yr-1). Annual gross ecosystem production (GEP) at the pre-harvest site was only 28% greater than at the recently-harvested site (646 ± 6 versus 504 ± 5 g C m-2 yr-1) while GEP at the juvenile site (1107 ± 32 g C m-2 yr-1) was 71% greater than at the pre-harvest site, suggesting significant physiological constraints to photosynthesis at the pre-harvest site. Annual ecosystem respiration (Re) followed the same pattern, but intersite differences were somewhat less (640 ± 8 to 591 ± 6 to 964 ± 50 g C m-2 yr-1). Annual soil respiration (Rs) decreased following harvest from 593 to 500 g C m-2 yr-1 and increased with further stand development to 644 g C m-2 yr-1, although the changes were less than for GEP and Re. Q10 and R10 of Rs for the snow-free period varied between sites, were lowest for the recently-harvested site and appeared to be related to GEP via substrate supply. The annual ratio of Rs to Re was lower for the juvenile site (67%) than for the pre-harvest and recently-harvested sites (93 and 85%, respectively). These results quantify how some of the major physiological processes that influence the carbon cycle of boreal black spruce stands evolve following harvest and should be useful for better incorporating stand-age effects into regional and global scale models. Keywords: boreal forest; CO2 fluxes; harvest; chronosequence; disturbance; soil respiration; eddy covariance

In my thesis, I address two important issues: (i) the creation of a price signal through the use of carbon markets (or cap-and-trade schemes) and (ii) the necessity to reach a global agreement on greenhouse gas emission reduction policies. It consists of three separate papers. Chapters 2 and 3 of this thesis emphasize theoretically and empirically the fact that achieving international cooperation on climate change is very difficult. Chapter 3 suggests that the global nature of the climate change problem and the design of climate agreements (i.e. the means available to reduce CO2 emissions) may explain this failure. Chapter 2 shows theoretically that asymmetric information between countries may exacerbate the free-rider problem. These two chapters also provide some possible solutions to the lack of international cooperation. To address the issue of information asymmetry, chapter 2 proposes the creation of institutions in charge of gathering and certifying countries' private information before environmental negotiations. If achieving international cooperation is still not possible, chapter 3 suggests that regional cooperation may supplement global treaties. Chapter 1 presents an example of such a regional agreement to reduce CO2 emissions. The EU emissions trading system is a cornerstone of the European Union's policy to combat climate change. However, as it is highlighted in chapter 1, the design of such regional carbon markets really matters for their success in reducing carbon emissions. This chapter shows the interactions between intertemporal permit trading and the incentives of firms to undertake long-term investments in abatement technologies.
Doctorat en Sciences économiques et de gestion
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Les émissions anthropogéniques de dioxyde de carbone ont changé le climat de la Terre. Les forêts boréales contiennent de vastes quantités de carbone (C) et peuvent donc jouer un rôle crucial dans le cycle du C global. Les pessières noires dominent la forêt boréale nord-américaine, il est donc nécessaire de comprendre leurs réponses à la variabilité du climat et aux perturbations écologiques telle la récolte forestière afin d’identifier les facteurs influençant les échanges de C entre la biosphère terrestre et l’atmosphère. Le premier chapitre de recherche (Chap. 3) présente une comparaison des échanges de C de trois pessières noires matures de différentes régions du Canada. Cette étude a montré que le sol plus chaud sous un couvert de neige plus épais en hiver et de faibles niveaux de lumière en juin au site de l’est du Canada, des conditions communes dans cette région, ont réduit la séquestration de C relativement aux sites du Canada central. Une paramétrisation générale à une échelle de temps mensuelle a suffit à caractériser la réponse des pessières noires matures aux conditions environnementales. Dans le deuxième chapitre de recherche (Chap. 4), le bilan de C et la réponse des échanges de C aux conditions environnementales de pessières noires mature et récemment récolté de l’est du Canada ont été quantifiés. Le bilan de C de ces pessières noires était davantage affecté par leur stade de développement que les variations interannuelles du climat. La réponse des échanges de C aux facteurs environnementaux a montré une plus forte variabilité entre et à l’intérieur des années au site récolté due à la structure dynamique de la végétation. Le troisième chapitre de recherche (Chap. 5) concerne les échanges de C du parterre forestier d’une pessière noire mature de l’est du Canada mesurés sur différents microsites. La respiration du sol et la photosynthèse du parterre forestier ont respectivement contribuées à 76-88% et 16-17% de la respiration et de la photosynthèse totales de l’écosystème. Les différences observées de réponse de la respiration du sol aux facteurs environnementaux suggèrent que le type de microsite peut refléter la variabilité spatiale de la respiration du sol. Ces trois études procurent de l’information utile pour paramétrer et modéliser la réponse de la forêt boréale aux variations du climat et aux perturbations écologiques.
Carbon dioxide emissions from human activities are changing the Earth’s climate. The boreal forest contains enormous carbon (C) stocks and hence it plays a critical role in the global C cycle. Black spruce ecosystems are the dominant cover type in the North American boreal forest, thus it is necessary to understand their response to both climate variability and to ecological disturbances such as forest harvest so as to identify the factors influencing C exchange between the biosphere and the atmosphere. The first research chapter (Chap. 3) of this thesis presents a comparison of C exchange for three old black spruce ecosystems located in different regions of Canada. This study showed that warmer soil under deeper snowpack in winter and low light levels in June at the eastern Canada site, which are common conditions in that region, reduced C sequestration relative to that of similar ecosystems in central Canada. Furthermore, a general parameterization at a monthly time resolution was sufficient for characterizing the physiological response of all three black spruce ecosystems to environmental conditions. In the second research chapter (Chap. 4), the C balance and the response of C exchange to environmental conditions of a mature and a recently harvested black spruce site in eastern Canada were quantified. The C balance of these black spruce ecosystems was more affected by their respective developmental stage than by inter-annual climate variability. The response of C exchange to environmental factors showed a greater between- and within-year variability at the harvested site due to the dynamic structure of the vegetation. The third research chapter (Chap. 5) examined forest floor C exchange for a mature black spruce site in eastern Canada measured on different microsites. Soil respiration and forest floor photosynthesis accounted for 76-88% and 16-17% of total ecosystem respiration photosynthesis, respectively. The observed differences of the response of soil respiration to environmental factors suggest that microsite can reflect the spatial variability of soil respiration. All three of these studies provide valuable information for parameterizing and modeling the response of boreal forests to climate variability and to ecological disturbance.

L'hypothèse scientifique du changement climatique fait son chemin, et mobilise désormais autour des questions de l'échéance et de l'ampleur du phénomène. Que faut-il faire ? La notion d'équilibre climatique ne peut être comprise dans un sens technique, car l'environnement est une construction sociale, et non pas un état de la nature qu'il conviendrait de conserver. Il faut viser un équilibre économique, qui corresponde à la répartition des coûts de dépollution et des dommages la plus satisfaisante pour les acteurs concernés. Comment atteindre cet équilibre ? Si l'on applique les théories traditionnelles des externalités et des biens collectifs au cas climatique, on penche pour une allocation administrée des ressources atmosphériques. Si l'on fait confiance aux modes d'interactions individuelles, on explore les obstacles à la révélation de l'optimum en question. L'argument ici dominant est que le critère de légitimité permet de trancher ce débat, puisque l'asymétrie entre pollueurs et pollués dans l'exercice des droits de propriété atmosphériques octroie une situation privilégiée aux premiers. Il s'agit donc de décider un objectif de dépollution, et de choisir dans le même temps les instruments capables de le promouvoir. Tout l'enjeu d'une politique climatique est alors de délimiter les responsabilités de la dépollution, sans entraver les ressorts de l'action collective susceptibles d'amener les interactions entre offreurs et demandeurs de ressources atmosphériques à révéler un niveau de pollution plus faible.

Le principal objectif de ce mémoire est d’évaluer la performance environnementale des programmes d’efficacité énergétique de Gaz Métro pour la période 2011-2012. Leur évaluation environnementale est nécessaire pour s’assurer que les programmes offerts réduisent les émissions de GES efficacement. La méthode proposée consiste à actualiser le coût social des économies de GES annuelles pour les comparer au coût initial de mettre en place une mesure ou un programme d’efficacité énergétique. En tout, trois évaluations sont effectuées pour 22 des 27 PEÉ de Gaz Métro. Ces évaluations permettent de vérifier si les mesures d’efficacité énergétique et les programmes d’efficacité énergétique réduisent les émissions de GES à un coût inférieur au coût social du carbone. Les résultats nous démontrent que les PEÉ sont majoritairement des instruments de réduction des émissions de GES très profitables lorsque l’on intègre les coûts évités à l’analyse.

La mise en oeuvre des politiques de transports urbains durables, qui nécessite le déploiement d'une combinaison d'instruments d'action complémentaires, s'avère ardue dans bon nombre de pays industrialisés. Or, le corpus portant sur les instruments de politique publique est restreint et possède de grandes lacunes quant à l'explication du choix des instruments. Au moyen d'une étude comparée des interventions en matière de transport urbain dans les villes de Montréal et de Boston, cette recherche vise à déterminer la pertinence et la validité d'un modèle basé sur les asymétries d'information et de légitimité entre les gouvernements, d'une part, et les acteurs privés et non gouvernementaux, d'autre part, afin d'expliquer le choix des instruments de politique publique. Les résultats indiquent que si la mise en place d'une combinaison instruments davantage coercitifs et proactifs est effectuée par les gouvernements lorsque ces derniers sont insufflés d'une forte légitimité et d'un haut degré de détention du savoir, le poids de l'histoire et de la culture politique, ainsi que l'aménagement institutionnel métropolitain, influent aussi le choix de la combinaison d'instruments.
Note : La présente étude fait partie d'un projet de recherche plus large, intitulé "Choix et efficacité des instruments de politique publique pour réduire les gaz à effet de serre: les interventions de quatre juridictions de l'Amérique du Nord-Est", qui est le fruit d'une collaboration entre le Département de science politique et l'École supérieure d'ATDR, Aménagement, architecture et arts visuels de l'Université Laval, ainsi qu'avec Y Institute for environmental studies de l'Université de Toronto, et financé par le Conseil de recherches en sciences humaines du Canada (CRSH). Ce mémoire fait état des résultats de la section de l'étude dédiée aux transports urbains, alors que deux autres secteurs sont étudiés par le projet de recherche plus large, soit le secteur des grandes industries émettrices de GES et celui des PME développant des technologies de réduction d'émissions.

Cette thèse porte sur les instruments de promotion de l'efficacité énergétique et de réduction des émissions de gaz à effet de serre dans l'industrie. Dans ce domaine, les politiques se caractérisent par la complexité des dispositifs. Cette complexité faite de superposition et de juxtaposition engendre des interdépendances. Dans cette thèse, nous avons choisi d'aborder la problématique très générale des interdépendances par trois études plus spécifiques qui en constituent les trois parties : une étude de cas de la combinaison d'instruments mise en place au Royaume-Uni. Nous mobilisons les outils de la microéconomie pour évaluer son efficacité environnementale et son efficacité-coût ; la simulation de l'interdépendance du marché européen de quotas d'émission à l'aide du modèle d'équilibre général calculable GTAP-ECAT et un modèle d'économie politique caractérisant l'impact du lobbying dans un contexte où coexistent deux secteurs soumis à des instruments différents
This thesis relates to energy efficiency and greenhouse gas emission reductions instruments in the industry. In this field, the policies are complex. This complexity made of superposition and juxtaposition generates interdependences. In this thesis, we chose to approach the very general problems of the interdependences by three more specific studies which constitute its three parts: a case study of the United Kingdom policy-mix. We mobilize microeconomic theory to evaluate its environmental effectiveness and its cost-efficiency ; the simulation of the interdependence of the European emission trading market using the general computable equilibrium model GTAP-ECAT and political economy model characterizing the impact of the lobbying in a context where two sectors are regulated by two different instruments

Dans cette étude, nous cherchons à mesurer l’impact des émissions anthropogéniques de gaz à effet de serre sur la croissance économique dans un modèle de convergence conditionnelle. Nous nous intéressons au dioxyde de carbone, au méthane, au protoxyde d’azote et au groupe des "gaz F", ainsi qu’à l’effet de la somme de ces polluants, c’est-à-dire la quasi totalité des gaz à effet de serre. Notre échantillon est composé de 81 pays, avec une variété de niveaux de revenu par habitant, entre 1993 et 2012. Nous définissons deux sous-périodes de 10 ans et nous régressons la croissance économique sur la croissance des émissions de chaque polluant séparément, sur le PIB de la première année de la période et sur plusieurs variables de contrôle. Face au risque de biais de causalité inversée entre les émissions de pollution et la croissance économique, et entre l’investissement et la croissance économique, nous décidons d’utiliser les données passées comme variables instrumentales. Plus précisément, les données de la première année de la période sont utilisées comme instruments pour la pollution et l’investissement. Mis à part le CO2, nous trouvons qu’aucun des gaz à effet de serre n’a d’impact significatif sur la croissance économique. La croissance des émissions de CO2 semble avoir un impact positif sur la croissance économique. Cet impact apparaît moins fort sur la seconde période (2003-2012) que sur la première (1993-2002). De plus, il semble plus fort pour la moitié la plus riche des pays de notre échantillon.
In this study, we investigate the effect of anthropogenic greenhouse gas emissions on economic growth in a conditional convergence framework. We look at carbon dioxide, methane, nitrous oxide and the group of "F gases", as well as the effect of the sum of these pollutants, i.e. almost all greenhouse gases. Our sample is composed of 81 countries with a variety of per capita income levels and covers the period between 1993 and 2012. We define two ten-year periods and regress economic growth on emissions growth of each pollutant separately, on the first-year GDP of the period and on several control variables. To address the issue of inverse causality bias between pollution emissions and economic growth, as between investment and economic growth, we use an instrumental variable methodology. We use past data to instrument pollution and investment. More precisely, the data of the first year of the period are used as instruments. We find that, except for CO2, greenhouse gas emissions growth does not generate economic growth. CO2 emissions growth has a positive impact on economic growth. Interestingly, this impact is less pronounced between 2003 and 2012, as compared to the 1993-2002 period. In addition, the impact of CO2 emissions growth is stronger in the richer half of countries in our sample.

L’efficacité de la biofiltration pour le traitement du lisier de porc motive la poursuite des recherches pour l’optimisation des conditions d’opération qui, selon les modalités usuelles, peuvent entraîner la production de gaz à effet de serre (GES) dont le protoxyde d’azote (N₂O) et le méthane (CH₄). Alors que la production de N₂O est amplement documentée, des expérimentations supplémentaires sont nécessaires pour caractériser la production de CH₄. À cet effet, certains aspects de la configuration du biofiltre à milieu organique (aération, milieux filtrants) ont été modifiés afin d’en vérifier l’impact sur la production de CH₄ et la performance épuratoire. Les conditions expérimentales ont impliqué un suivi de 391 jours de trois biofiltres pilotes (1,2 m x 0,13 m²) ayant des milieux filtrants différents. Ils ont été soumis, en alternance, à une aération continue et intermittente. Les charges appliquées en carbone (DCO) et en azote (N-NH₄⁺) sur chaque prototype ont été respectivement de 0,15 et 0,03 kg.m⁻².j⁻¹. Le débit d’air, appliqué à contre-courant, a été de 2,3 m³.m⁻².h⁻¹. L’effluent gazeux a été suivi deux (2) fois par semaine (N₂O, CH₄ et débits gazeux) tandis que les affluents et effluents liquides ont été analysés deux (2) fois par mois (pH, alcalinité, DCO, NTK et NO₃⁻). Les résultats des analyses liquides montrent une bonne efficacité d’épuration pour l’enlèvement de la DCO (92 %) et du NTK (99 %) pour les conditions d’opération testées. Quant à la production de CH₄, elle a varié entre les biofiltres, lesquels ont présenté des propriétés mécaniques différentes (compaction, pertes de charge). Les principaux facteurs susceptibles d’avoir affecté la production de CH₄ sont le pH, les fortes charges en carbone et en azote appliquées en tête de colonne, ainsi que la présence d’eau et de substances inhibitrices. Une interaction entre les composés impliqués dans les réactions de dénitrification (N₂O, NO₂, NO₃) et les bactéries méthanogènes semble également avoir influencé les dégagements de CH₄ observés. Par ailleurs, l’effet de l’aération sur l’émission de CH₄ n’a été observé que pour le biofiltre 1, les émissions étant supérieures sous aération continue par rapport à l’aération intermittente (800 versus 120 g C-CH₄/m³ de lisier traité). De plus, l’efficacité du processus de biofiltration, tant pour le traitement des lisiers que pour le traitement de l’air (des odeurs et des gaz), a conduit la recherche jusqu’à la mise en route d’essais laboratoires complémentaires portant sur l’utilisation de la biofiltration comme moyen de mitigation du CH4 impliqué dans la production porcine. Les capacités d’élimination en CH₄ pour deux types de milieux filtrants (organique et inorganique) ont été comparées dans ces expérimentations. Les résultats montrent que, dans la mesure où l’apport en nitrate (NO₃) est suffisant, des efficacités pouvant atteindre 90% et 80% d’élimination du CH₄ sont observées pour le biofiltre organique et inorganique respectivement. Par ailleurs, les caractéristiques du milieu filtrant inorganique ont rendu difficile le maintien des nitrates à l’intérieur du biofiltre, résultant à une grande variabilité des performances pour ce biofiltre.

Afin d’améliorer l’efficacité d’utilisation des engrais et réduire les répercussions négatives sur l’environnement, l’enrobage des engrais conventionnels à l’aide de nouveaux polymères biodégradables constitue une solution prometteuse. À cet effet, l’objectif de cette étude était d’évaluer cette nouvelle génération d’engrais enrobés à l’aide de nouveaux polymères biodégradables. L’homogénéité entre les particules des engrais enrobés était légèrement inférieure à celle des engrais conventionnels. Les polymères biodégradables étaient relativement solubles dans l’eau et ils ne freinaient pas la libération des éléments minéraux. La cinétique de libération des éléments minéraux dans un substrat tourbeux fut toutefois similaire chez les deux types d’engrais. Deux heures après application, Biodrix Na libéré 34% moins d’urée et N-urée que Ureia, mais la différence s’est estompée après un jour. L’effet des engrais enrobés sur la réduction du lessivage des nitrates et des pertes de N₂O a été évalué en conditions contrôlées. Aminaex et Biodrix N ont réduit le lessivage des nitrates de 41% et 54% par rapport à Ureia et ont retardé le flux maximal de N₂O de 10 jours par rapport à Ureia. Par contre, l’enrobage du phosphore n’a pas réduit son lessivage. Aminaex et Biodrix N ont eu une plus longue période d’émission de N₂O par rapport à Ureia, ce qui a augmenté le niveau du flux cumulé en N₂O après 20 jours pour les deux engrais enrobés par rapport à Ureia. Pour les engrais phosphatés, l’enrobage n’a pas assuré une libération lente, ni n’a réduit le lessivage des éléments minéraux. En conclusion, dans un milieu à température et à teneur en eau contrôlées, l’enrobage des engrais azotés enpolymères biodégradables a ralenti la solubilisation instantanée de l’urée et a permisde réduire le lessivage et les pics d’émissions de N₂O.
In order to improve the efficiency of fertilizer use and reduce the negative impact they have on the environment, the coating of conventional fertilizers with new biodegradable polymers is a promising solution.The objective of this study was to evaluate a new generation of fertilizers coated with novel biodegradable polymers. The homogeneity of coated fertilizer particles was slightly lower than that of conventional fertilizers. Biodegradable polymers are relatively soluble in water and do not inhibit the release of mineral elements. The kinetics of nutrient release in a peat substrate was however similar for both types of fertilizer. Two hours after application, Biodrix N released 34% less urea and N-urea than Ureia, but the difference disappeared after one day. The effect of coated fertilizers on the reduction of nitrate leaching and N₂O losses was evaluated under controlled conditions. Aminaex and Biodrix N reduced nitrate leaching by 41% and 54% compared to Ureia and delayed the peak of N₂O efflux by 10 days. On the other hand, the coating of the phosphorus did not reduce its leaching. Aminaex and Biodrix N had a longer N₂O emission period than Ureia, which increased the cumulative N₂O efflux emissions after 20 days for both coated fertilizers compared to Ureia. In conclusion, undercontrolled conditions, coating nitrogen fertilizers with biodegradable polymers hindered the instantaneous solubilization of urea, decreased nitrate leaching and reduced the peak of N₂O efflux.

Avec les nouvelles lois et réglementations sur les émissions polluantes des moteurs à combustion, de plus en plus d’attention est portée sur la phase de démarrage à froid. La période de cette phase est une courte période de 2 minutes environ où la température de fonctionnement du catalyseur n’est pas encore suffisamment élevée et pendant laquelle 70-80% de la totalité des hydrocarbures émis par le moteur sont relâchés à l’atmosphère. La température minimale de fonctionnement, définie comme celle pour laquelle le catalyseur atteint une conversion de sortie du réacteur de 50%, est au-dessus de 200 ̊C. Pour pallier à l’inefficacité des catalyseurs trois voies dans la phase de démarrage à froid d’un moteur, une zéolithe, présentant des canaux unidimensionnels et une ouverture de pore avec un anneau à 12 atomes d’oxygènes, a été utilisée; on parle, dans ce cas, du processus "Single File Diffusion". Dans ce projet, une série de zéolithes ZSM-12 de structure MTW avec différents contre ions (Na⁺, H⁺ et Ag⁺) et avec différents rapports atomiques Si/Al (52, 64 et 80) ont été synthétisées. Ces échantillons zéolithiques ont été testés comme adsorbants pour la capture des hydrocarbures (HCs) en utilisant le toluène et l’éthylène comme modèles de grandes et de petites molécules des hydrocarbures présents dans les gaz d’échappement d’un moteur au démarrage à froid. Avec la collaboration de Phytronix Technologies, une nouvelle méthode expérimentale de thermodésorption a été développée qui permet des vitesses de montée en température similaires à celles du pot catalytique au démarrage à froid. À des vitesses de montée en température de l’ordre de 5-10°C/s, les pics de thermodésorption des hydrocarbures ont été translatés vers des températures plus élevées qui sont aux à l’entour de 240°C pour l’éthylène et de 245°C pour le toluène. Il a été conclu que la Ag-ZSM-12 a une meilleure capacité d’adsorption des hydrocarbures et une meilleure stabilité thermique. Une étude numérique a été développée pour étudier la diffusion du mélange binaire toluène-éthylène dans le réseau poreux zéolithique de la zéolithe ZSM-12. Les simulations numériques montrent qu’en tenant compte de l’effet de la température sur le coefficient de diffusion d’une seule molécule dans la loi d’Arrhénius a permis d’avoir des résultats comparables aux résultats expérimentaux, permettant d’expliquer plusieurs caractéristiques des profils de désorption obtenus expérimentalement. Deux étapes ont été envisagées; le saut d’une cage à une autre (ED) puis le saut de la cage frontalière à la phase gazeuse (EΓ). Ces deux étapes ont différentes énergies d’activation avec . Pour chaque gaz, les deux énergies d’activation dépendent fortement du rapport atomique Si/Al et du rayon du contre ion (Na⁺, H⁺ et Ag⁺).
As regulations for emissions from gasoline engines become stricter, attention has been focused on the start-up phase (cold-start), when about 70-80% of total hydrocarbon (HC) emissions of an engine are released. This phase is a short period of 1-2 min prior to reaching the minimum catalyst operating temperature, around 200°C. In this thesis, the concept of single-file diffusion (in 1-D zeolites) was employed as a feasible approach to control automotive HC emissions during cold-start. This mechanism was investigated over a variety of zeolites with MTW structures for studying their trapping ability for lighter HC molecules, which are often desorbed before the three-way catalyst reaches its light-off temperature. In this thesis, a serie of ZSM-12 zeolites which different conterions (Na⁺, H⁺, Ag⁺) and with different Si/Al molar ratios (52, 64, 80) were synthesized. Temperature-programmed desorption (TPD) of ethylene and toluene, as models of light and heavy hydrocarbon molecules, was employed to screen these synthesized zeolites as potential HC traps. High heating rate desorption experiments were performed using the Phytronix Laser Diode Thermal Desorption system (S-960 LDTD) after desorption of toluene-ethylene mixture. Three heating rates which reflect the actual heating rate of the catalytic muffler have been used for the desorption process: 3, 5 and 9°C/s. For all solids considered in this study, the two HCs desorbed above 240°C. Ag-ZSM-12 was found the most appropriate HCs trapping adsorbent. Numerically, using a transient diffusion boundary value problem coupled with Fick’s law, it was possible to explain all qualitative features of the temperature dependent desorption profiles observed experimentally. Two steps must be considered, a cage to cage jumping followed by an escape from cage to gas phase. The two steps have different activation energies with EΓ> ED. For each component, both activation energies are strongly dependent on Si/Al ratio and radius of counterions. Moreover the effect of thermal vibration of the host lattice on diffusivities was also depicted.

Les plans climat-air-énergie territoriaux sont de nouveaux outils juridiques à disposition des collectivités territoriales. Ils doivent permettre à ces dernières d’organiser leur action en faveur de l’atténuation des effets du changement climatique et d’engager une adaptation de leurs territoires à ce phénomène en cohérence avec les objectifs nationaux et internationaux dans ce domaine et en accord avec les spécificités économiques, sociales et environnementales locales. Le cadre juridique de ces actes a cependant évolué. Ils tendent à avoir une dimension territoriale, c’est-à-dire à constituer un cadre de référence permettant aux collectivités de réguler les activités polluantes d’un territoire. Le but de cette recherche est d’identifier, au travers des principes du droit de l’environnement et du droit des collectivités territoriales, de quelle manière ces actes se sont insérés dans leur environnement juridique. Elle met en avant les particularités et les lacunes du cadre juridique de ces documents pour enfin envisager le rôle que le législateur a souhaité confier aux collectivités territoriales au travers de ces plans
The territorial climat-atmosphere-energy plans are new legal tools available to local authorities. These planning acts should enable local authorities to organise their actions in order to mitigate the effects of climate change and adapt their territories to future environmental changes, in line with both national, European and international goals as well as the local environmental, social and economic features. However, the legal framework of these documents has evolved considerably and these plans are now tending to have a territorial dimension, in other words, they provide a framework allowing local authorities to regulate greenhouse gas emissions of all the territory’s activities. The aim of this research is to identify, through the guiding principles of environmental law and the law of local authorities, how these legal acts, have become part of their legal environment. It highlights the peculiarities, evolutions and shortcomings of these documents’ legal framework, and eventually, looks into the role that the legislator has decided to entrust to local and regional authorities through these planning tools

Cette thèse montre dans un premier temps que la signature du Protocole de Kyoto (en abrégé PK), et l’émergence d’un régime climatique sont une conséquence de l’évolution des relations internationales. Et le système communautaire d’échange de quotas d’émissions (en abrégé SCEQE) est une belle illustration de l’un des mécanismes de flexibilité arrêté par ledit protocole. Dans un deuxième temps, la thèse clarifie les différents termes du régime climatique. Car le quota, autorisation administrative d’émettre une tonne de CO2 selon les termes de la directive 2003/87/CE, a une acception différente selon ses usages et les domaines considérés. La thèse montre que c’est la rareté relative du quota qui lui donne de la valeur et remet en question le concept de « marché » de permis en relevant le rôle primordial que la puissance publique y joue. Dans un troisième temps, la thèse met l’accent sur l’importance des firmes, les principaux acteurs privés, qui malheureusement sont ignorés par la directive cadre qui fait plutôt mention des « installations ». Ce sont ces firmes qui exercent du lobbying auprès des pouvoirs publics pour exiger un assouplissement des mesures de régulation climatique. Dans un quatrième temps enfin, cette thèse montre que dans un contexte d’économie mondialisée, les firmes multinationales orientent plus leurs stratégies en direction de la société civile pour bénéficier de son pouvoir d’achat. Cette société civile, est cependant loin de représenter un contre-pouvoir sérieux à l’hégémonie des ces firmes en raison de son manque d’organisation
This thesis shows at first that the signature of the Kyoto protocol (in summary KP), and the emergence of a climatic regime are a consequence of the evolution of the IEAs. The european emision trading schemes (in summary ETS) is a good illustration of one of the mechanisms of flexibility ordered by the protocol. Secondly, the thesis clarifies the various terms of the european climatic regime. First of all, it shows that the allowance as the administrative authorization to emit one ton of CO2 has a different meaning according to its uses and the considered fields. Then, the thesis reveals that it is the relative rarity of the allowance which gives it a value. At last, it questions the concept of "market" of permits by raising the essential role of the public authorities. Thirdly, this thesis emphasizes the importance of firms, the main private actors, but unfortunately ignored by the directive which rather mentions the word "installations". These firms practice a lobbying to require a soft climatic regulation from the public authorities. Finally, this thesis shows that in the context of the globalized economy, multinational firms direct their strategies more in the direction of the civil society to benefit from its purchasing power. This civil society is however far from representing a serious force of opposition to the hegemony of these firms because of its lack of organization

Ce mémoire vise à définir et quantifier les émissions de gaz à effet de serre (GES) émises par le réseau de transport logistique de notre partenaire industriel. En parallèle, nous détaillons plusieurs scénarios d'optimisation possibles afin de réduire son empreinte carbone. Cela se fait par optimisation mathématique, par laquelle les déplacements entre l'entreprise et ses différents partenaires, de l'approvisionnement à la livraison au client final, pour différents types de produits et différents transporteurs avec différents types de véhicules sont considérés. Plus précisément, notre objectif est de décrire et de représenter la différence entre la situation actuelle et la solution obtenue en optimisant le réseau en termes de distance parcourue, de GES émis, de consolidation des livraisons ainsi que de production et de stocks nécessaires. Suite à l'analyse quantitative et qualitative des résultats, nous sommes en mesure de fournir de nombreuses suggestions d'amélioration à l'entreprise en ce qui concerne la gestion de son transport interne et externe. Un certain nombre d'indicateurs de performance clés sont également évalués, les plus importants étant l'inventaire et le nombre de voyages effectués. Ceux-ci sont considérablement réduits dans notre scénario optimisé. Pour garantir des résultats commerciaux optimaux, nous proposons un modèle de résolution en deux étapes comprenant une modélisation mathématique du problème suivie d'une amélioration manuelle de la solution. De plus, les méthodes de calcul utilisées pour mesurer les émissions de GES sont basées sur la distance parcourue ainsi que sur la capacité utilisée de chaque véhicule, attribuant ainsi l’utilisation du véhicule à l’entreprise (tandis que la capacité restante est utilisée par d’autres compagnies lorsque le transporteur consolide ses opérations). Cela nous permet d'estimer les émissions générées même lorsque la construction des routes de différents transporteurs n'est pas exactement connue. La coordination, la consolidation et la synchronisation des différents voyages liés aux activités de l’entreprise nous ont permis de réduire les émissions de GES jusqu’à 23%, soit 3,438.64 tonnes de CO2e économisées sur une base annuelle, soit 2,733,354 km. De plus, nos observations des résultats ont mis en évidence une multitude de recommandations concernant l’utilisation des transporteurs, la réduction des stocks et le contrôle des flux de transport au sein de l’entreprise.
This thesis aims to define and quantify the greenhouse gas (GHG) emission emitted by our industrial partner’s logistics transportation network. Next to that, we detail several possible optimization scenarios in order to reduce its carbon footprint. This is done via mathematical optimization, in which the trips between the company and its various partners, from supply to delivery to the end customer, for different types of products and different carriers with different types of vehicles are considered. More specifically, our purpose is to describe and represent the difference between the current situation and the solution obtained by optimizing the network in terms of distance traveled, GHG emitted, consolidation of deliveries as well as production and stock needed. Following the quantitative and qualitative analysis of the results, we are able to provide numerous suggestions for improvements to the company with regard to the management of its internal and external transport. A number of key performance indicators are also evaluated, most importantly inventory and the number of trips. These are drastically reduced in our optimized scenario. To ensure optimal business results, we propose a two-step resolution model that includes mathematical modeling of the problem followed by manual improvement of the solution. In addition, the calculation methods used to measure GHGs emitted are based on the distance traveled as well as the capacity used of each vehicle, thus assigning vehicle usage to the company (while the remaining vehicle space is to be used by other companies when the carrier consolidates its operation). This allows us to estimate the emissions generated even when the construction of routes of different carriers is not exactly known. The coordination, consolidation and synchronization of the various trips related to the company’s activities allowed us to reduce the GHGs emitted by up to 23%, which translates into 3,438.64 tons of CO2e saved on a yearly basis, or 2,733,354 km. In addition, our observations of the results highlighted a multitude of recommendations regarding the use of carriers, the reduction of inventory and the control of transport flows within the company.

Mon mémoire s’articule autour de deux objectifs distincts. En premier lieu, je présente un modèle d’équilibre général utilisé par Ressources Naturelles Canada pour obtenir des prévisions énergétiques sur l’économie canadienne : le modèle d’analyse des politiques liées à l’énergie au Canada, ou MAPLE-C. En deuxième lieu, je réalise une étude de cas avec MAPLE-C sur la mise en œuvre d’une politique publique obligeant l’utilisation du gaz naturel compressé par le transport lourd et sa conséquence sur l’émission de gaz à effet de serre. J’observe une réduction globale des gaz à effet de serre alors que le transport lourd utilise une source d’énergie moins polluante que le pétrole. J’observe aussi un réajustement de l’économie alors que les consommateurs abandonnent le gaz naturel, devenu plus cher. Toutefois, dû aux limitations du modèle, je suis dans l’impossibilité de statuer sur les effets positifs et négatifs.

L’objectif de ce projet est de dresser le portrait de l’utilisation des équipements mus par un moteur à combustion interne dans les mines souterraines du Québec et d’établir leur impact sur la qualité de l’air et les besoins en ventilation. Ainsi, de juin 2010 à septembre 2011, 17 mines souterraines de la province ont été contactées. La banque de données obtenues comprend 9 mines en production et 4 mines en développement. Ces données ont servi au calcul d’indices de conformité sur le respect de la réglementation en ce qui a trait aux limites des concentrations et aux délais d’échantillonnage du monoxyde de carbone et des matières particulaires diesel. En outre, quelques technologies de contrôle des matières particulaires diesel (MPD) sont présentées, le potentiel de réduction de la concentration moyenne des MPD dans le réseau principal des mines est évalué pour certaines d’entre elles. Finalement, certains indices calculés permettent d’établir l’impact du niveau de mécanisation sur les besoins en ventilation.
The objective of this project is to develop a profile of the use of equipment powered by an internal combustion engine in Quebec underground mines and establish their impact on air quality. Thus, from June 2010 to September 2011, 17 underground mines in the province were contacted. The database obtained contains 9 producing mines and 4 mines under development. These data were used to calculate indices of compliance with respect to concentration limits and sampling of carbon monoxide as well as diesel particulate matter (DPM). In addition, some DPM control technologies are presented, the potential for reducing the average concentration of DPM in the main network is evaluated for some control technologies. Finally, some indices were calculated to establish the impact of mechanization on ventilation requirements.

Face à la menace du changement climatique, il est nécessaire que chaque juridiction politique prenne des mesures rapides et efficaces pour réduire ses émissions de gaz à effet de serre (GES). Dans cette problématique, le secteur de la production d'électricité a un rôle central à jouer. D'une part, ce secteur fait partie des principaux responsables des émissions de GES, et d'autre part, ce secteur offre plusieurs solutions alternatives pour produire de l'électricité sans émissions, telles que des sources renouvelables ou des sources fossiles combinées à la capture et à la séquestration du carbone. Cette thèse examine des solutions économiquement rentables pour réduire les émissions de GES et promouvoir des technologies respectueuses du climat dans le secteur de la production d'électricité. Précisément, elle compare deux instruments dissuasifs : les instruments financiers visant à mettre un prix sur le carbone (taxe sur le carbone ou marché du carbone) et les normes minimales d'utilisation de sources d'énergies propres. Cette thèse explore également l'enjeu de la promotion des technologies respectueuses du climat par une règle effciente d'allocation des subventions publiques à ces technologies. Cette thèse se développe en trois essais. Le premier essai compare une taxe sur les émissions et une norme d'énergie propre en utilisant un modèle d'équilibre général de la production d'électricité. La structure de la production d'électricité comprend deux usines : une qui génère sa production à partir de sources renouvelables et l'autre à partir de sources fossiles émettant du CO2. Le modèle est calibré pour correspondre aux agrégats macroéconomiques sélectionnés de l'économie de la ColombieBritannique. Le modèle est ensuite utilisé pour mener des expériences conceptuelles qui mesurent le coût économique d'atteindre une cible de réduction des émissions optimale avec un instrument de politique donné contre le coût contrefactuel d'atteindre la même cible avec un autre instrument de politique. L'expérience conduit à la conclusion qu'une taxe sur les émissions est plus efficace sur le plan environnemental et moins coûteuse qu'une norme d'énergie propre. Le deuxième essai enrichit la comparaison entre une norme d'électricité propre et une taxe sur le carbone en ajoutant l'innovation et le pouvoir de marché. Cet essai propose une concurrence oligopolistique dans la production d'électricité basée sur un jeu non coopératif à 2 étapes entre une usine propre et sa rivale polluante. L'usine polluante peut innover pour réduire ses émissions, et l'usine propre peut innover pour réduire le désavantage préexistant de ses coûts de production. L'innovation et le pouvoir de marché se combinent pour générer de nouvelles idées, d'abord sur la capacité d'une politique climatique fiscalement neutre de générer un effet de recyclage des revenus et, d'autre part, sur les mécanismes par lesquels elle augmente le ratio d'énergies propres généré par l'électricité. Le modèle est calibré à des agrégats macroéconomiques sélectionnés des États-Unis. Les simulations numériques révèlent de nouvelles sources d'hétérogénéité dans le classement des instruments de politique alternative, qui ont échappé aux lentilles de modèles de compétition parfaite. En particulier, le résultat montre que la norme tend à être un meilleur instrument lorsque (i) le niveau d'ambition de la politique climatique est faible, ou (ii) le niveau de désavantage préexistant des coûts de production de l'usine propre est suffisamment petit, ou (iii) le coût relatif de l'innovation dans les technologies renouvelables est faible. En revanche, la taxe sur le carbone tend à être un meilleur instrument dans les cas inverses. Le troisième essai examine la problématique de la promotion des technologies respectueuses du climat. Précisément, cet essai détermine une règle efficiente d'allocation des subventions publiques aux investissements entre les technologies renouvelables améliorant la productivité et les solutions visant à rendre propre les sources fossiles. Le modèle d'équilibre général sous-jacent comporte un secteur de production d'électricité duopolistique, parallèlement à un secteur de la production d'un bien final. Les résultats de l'analyse quantitative utilisant la version calibrée du modèle indiquent que, lorsqu'une taxe sur le carbone est utilisée pour encourager la réduction des émissions, la règle de répartition des subventions rentable est celle qui n'impose pas de punitions multiples sur l'utilisation des ressources fossiles. Par conséquent, lorsque les différences de coûts d'innovation entre les deux sources technologies respectueuses du climat ne sont pas trop importantes, il est plus rentable d'allouer une plus grande part des subventions aux solutions visant à rendre propre les sources fossiles. En outre, pour atteindre un objectif plus ambitieux de réduction des émissions, il est plus rentable d'augmenter à la fois la taxe carbone et la part des subventions allouées aux technologies visant à rendre propre les sources fossiles.
Climate change is one of the biggest challenges that the world is facing. In order to limit global warming, each political jurisdiction must implement a drastic climate policy to mitigate anthropogenic greenhouse gases (GHGs). In this challenge, the electricity generation sector has a central role to play. On the one hand, it is a major contributor to the total GHG emissions, and on the other hand, this sector offers several alternatives for generating electricity without emissions, such as renewable sources or fossil fuel generators equipped with carbon capture and sequestration (CCS) capacity. In three essays, this thesis examines cost-efficient solutions to reducing GHG emissions and promoting climate-friendly technologies in the electricity sector. The first essay compares an emissions tax and a clean energy standard using a calibrated general equilibrium model of electricity generation. The structure of electricity production features two plants: one that generates its output based on renewable sources and the other based on fossil source emitting CO2. The model is calibrated to match selected macroeconomic aggregates of the economy of British Columbia. The calibrated model is then used to conduct conceptual experiments that pit the overall cost of achieving the optimal emissions reduction target with a given policy instrument against the counterfactual cost of achieving the same target with an alternative policy instrument. The experiments lead to the conclusion that an emissions tax is more environmentally effective as well as more cost-effective than a clean energy standard. The second essay extends the comparison between a clean electricity standard and a carbon tax on cost-effectiveness grounds by adding innovation and market power. In our model, a two-stage competition in the electricity sector between a clean plant and its "dirty" rival anchors a two-sector general equilibrium model of climate change intervention. The dirty plant can innovate to reduce its emissions, and the clean plant can innovate to reduce its pre-existing cost-disadvantage. The model is calibrated to selected US macroeconomics aggregates. Results in this essay overturn those obtained in the first, where perfect competition was the feature of the electricity industry. The second essay thus shows cost-effective choice of climate policy instruments depends on the industrial organization of the electricity sector, as well as on the mechanisms plants use to respond to climate policy. Whereas the first two essays are only concerned with abatement incentives the third, by contrast, considers a climate policy action aimed, not only at incentivizing abatement, but also at promoting clean electricity solutions to climate change. These solutions have two competing sources. On the one hand, there are climate change solutions consisting of technological innovations that mitigate the intermittency and variability problems associated with renewable sources of electricity. Such solutions, when adequate, reduce the cost-disadvantage of renewable sources at reaching large-scale deployment. On the other hand, there are climate change solutions consisting of carbon abatement technologies that mitigate the trade-off between abatement effort and electricity output among fossil fuel generators. CCS technologies are an essential component of these fossil fuel-based climate change solutions. The main contribution of this essay is to show that, in countries with an abundant supply of fossil fuels, subsidizing fossil fuel-based climate change solutions can be an integral part of a cost-effective climate policy action aimed at achieving ambitious emissions reductions.

Cette thèse répond à un double objectif, elle s’est concentrée d’une part sur le rôle joué par l’énergie dans le développement industrielle et économique des pays et d’autres parts sur les retombées de son usage sur l’environnement et l’état de santé des individus. Nous avons élaboré et exploité une base de données relative à la région de Sfax, qui a été utilisée pour l’analyse empirique adaptée à chaque axe de recherche. Le cheminement suivi pour argumenter cette thèse nous a amené à constituer trois chapitres. Au niveau du premier chapitre, nous avons particulièrement apprécié le rôle que l’énergie a préoccupé dans le développement économique des nations. Suite à notre analyse empirique, deux résultats principaux sont annoncés, d’abord, la présence d’un effet de long terme entre la consommation de l’énergie et le développement économique dans la région de Sfax impliquant ainsi sa dépendance économique à l’énergie, ensuite, l’existence d’une relation de causalité unidirectionnelle partant de la consommation de l’énergie vers la croissance économique. Dans un deuxième chapitre, nous nous sommes intéressés à étudier l’impact de la consommation de l’énergie sur la détérioration de la qualité de l’environnement. Deux points sont mis en valeur. Premièrement, une corrélation est détectée entre la consommation de l’énergie et les polluants suivants : PM10, SO2 et NO2. Deuxièmement, la présence de l’O3 troposphérique dans l’air n’est pas subordonnée à la consommation de l’énergie mais plutôt aux réactions photochimiques impliquant le NO2 et l’oxygène sous l’effet des rayons solaires ultra-violets. Finalement, les facteurs météorologiques et surtout la température (T) et l’humidité relative (HR) agissent sur la dispersion des polluants et leur accumulation autour de leurs sources d’émissions. Le dernier chapitre s’est focalisé sur l’analyse de l’impact sanitaire de la pollution atmosphérique. Adapté au contexte de la région de Sfax, trois constats principaux sont détectés. Tout d’abord, les maladies cardiovasculaires sont affectées par les émissions de S02 tandis que les maladies respiratoires sont influencées par les émissions de SO2 et O3. Ensuite, une corrélation est justifiée entre l’O3 te le NO2 qui confirme la réaction chimique de piégeage de l’ozone déjà indiquée. Enfin, nous avons déduit que la vitesse de vent (VV) impacte la distribution des polluants principalement le NO2, le SO2 et les PM10. La température (T) affecte à son tour les admissions hospitalières pour motif cardiovasculaire
This thesis has a dual purpose; it focused on the one hand on the role of energy in the industrial and economic development of the country and on the other hand on the impact of its use on the environment and health status of individuals. We developed and operated a database on the Sfax region, which has been used for empirical analysis suited to each area of ​​research. The path followed to argue this thesis has led us to establish three chapters.At the first chapter, we particularly appreciated the role of energy in economic development of nations. Following our empirical analysis, two main results are announced, first, the presence of a long-term effect between energy consumption and economic development in the region of Sfax implying its economic dependence on energy. Then the existence of unidirectional causal relationship starting from energy consumption to economic growth. In the second chapter, we are interested in studying the impact of energy consumption on the deterioration of the environment quality. Two points are emphasized, first, a correlation is found between energy consumption and the following pollutants: PM10, SO2 and NO2. Secondly, the presence of tropospheric ozone (O3) in the air is not conditional on the energy consumption but rather to photochemical reactions involving NO2 and oxygen under the influence of solar ultraviolet radiation. Finally, weather factors, especially temperature (T) and relative humidity (RH) affect the dispersion of pollutants and their accumulation around their emission sources. The last chapter is focused on the analysis of the health impact of air pollution. Adapted to the region of Sfax, three main findings are detected. First, cardiovascular diseases are affected by S02 emissions and while respiratory diseases are influenced by emissions of SO2 and O3. Then, a correlation is justified between O3 NO2, confirming the chemical reaction of ozone scavenging already indicated. Finally, we concluded that the wind speed (VV) affects the distribution of pollutants mainly NO2, SO2 and PM10. Temperature (T) in turn affects hospital admissions for cardiovascular reasons

Sous l’angle des controverses économiques et environnementales autour des hydrocarbures non conventionnels, cette thèse contribue au développement des outils de la modélisation intégrée sous deux aspects : leur capacité à représenter la dynamique de long terme des marchés de l’énergie ; la prise en compte des liens entre l’économie et la dynamique des différents gaz à effet de serre.Dans le premier cas, un jeu de simulations avec le modèle Imaclim-R met en évidence les impacts économiques du gaz et pétrole de schiste à travers (i) les liens entre trajectoires de crois-sance et inerties techniques ; (ii) la conditionnalité des gains de compétitivité des États-Unis aux stratégies implicites ou explicites de ce pays en matière de spécialisation internationale et de régime de change. Au détour de ces simulations nous étudions (α) les processus d’ajustement vers l’équilibre de long terme, en regardant les conditions d’obtention et de convergence des équilibres temporaires du modèle ; (β) les limites de tractabilitéd’une maquette stylisée du modèle reproduisant les mécanismes centraux.Dans le deuxième cas est traitée la question du rôle du méthane à court et long terme dans les stratégies climatiques. L’intégration du modèle réduit du système terrestre Oscar2.2 aumodèle Imaclim-R permet d’apprécier le rôle du méthane dans les coûts de l’atténuation et d’évaluer le risque d’émissions fugitives en tête de puits de gaz de schiste. Les simulations montrent que d’une part, l’avantage économique de la disponibilité en gaz de schiste peut être nuancé au regard du coût induit par ces émissions fugitives. D’autre part, les stratégies climatiques ambitieuses visant à limiter les augmentations de température bien en deçà de 2° voir 1.5°C nécessitent un contrôle plus immédiat des émissions de méthane
From the perspective of economic and environmental controversies over unconventional oil and gas resources, this thesis contributes to the development of integrated modelling tools intwo aspects : their ability to reflect the long-term dynamics of energy markets ; and the consideration of the links between the economy and the dynamics of the various greenhouse gases.In the first case, a set of simulations with the Imaclim-R model highlights the economic impacts of shale gas and light tight oil through (i) the links between growth paths and technicalinertia ; (ii) the conditionality of US competitiveness gains on implicit or explained strategies ; and (iii) the conditionality of US competitiveness gains on this country implicit or explicit strategies in terms of international specialization and exchange rate regime. In the course of these simulations, we study (α) the adjustment processes towards the long-term equilibrium, looking at the conditions of existence and convergence of the model temporary equilibria ; (β) the tractability limits of a stylized model of Imaclim-R reproducing the main mechanisms.In the second case, the question of the role of methane in short and long term climate strategies is addressed. The integration of the Oscar2.2 Earth System model into the Imaclim-Rmodel is used to assess the role of methane in terms of mitigation costs and to assess the risk of emissions leakage at shale gas wellheads. The simulations show that, on the one hand, theeconomic advantage of shale gas availability can be balanced against the costs induced by these emissions leakage. On the other hand, the ambitous climate strategies aiming at limitingtemperature increases well below 2° or 1.5°C require a more instant control of methane

Sulfur dioxide (SO2) is a gas typical of high temperature magmatic degassing, being its

third most abundant constituent after water vapor and carbon dioxide. SO2 flux measurements

are used to characterized and monitor volcanic degassing. This thesis presents advanced

methods for measuring the SO2 emitted in the troposphere by passive degassing volcanoes.

These methods are based on the absorption of infrared (IR) and ultraviolet (UV) light by SO2

molecules. They make use of the data acquired by satellite borne sensors (ASTER, OMI and

MODIS), and collected in the field using a UV camera equipped with filters

ASTER is a multispectral sensor observing the Earth in the thermal IR with a 90 m

ground resolution. The developed retrieval algorithm works with band ratios

(B10+B12)/2B11 and B14/B11, to avoid spectral interference from other variables than SO2.

With this algorithm, the impact of interferers such as atmospheric water vapor, sulfate

aerosols and ground emissivity is minimal, as demonstrated by radiative transfer simulations

by applying of the algorithm to real ASTER images and by comparing the results with ground

based data. ASTER is a kind of unifying thread for this thesis because its high ground

resolution fills the gap existing between highly localized ground based SO2 measurements and

the global coverage of other satellites with coarser pixels such as OMI and MODIS.

OMI is an imaging spectrometer operating in the UV, with a daily global coverage, a

high sensitivity to SO2 and a ground resolution of 13x24km. The OMI-ASTER comparison

shows that the SO2 columns measured on OMI pixels are two orders of magnitude smaller

than those of ASTER, because of the huge difference in the pixel size of the two satellites.

The flux measurements however are generally in good agreement. The analysis of a large

number of images shows that ASTER is better for cloud free scenes while OMI has an

optimal signal to noise ratio when the plume is lying above a low cloud cover. A practical

detection limit for SO2 flux measurements in tropospheric plumes has also been established:

5kg/s.

The comparison between ASTER measurements of SO2 column amounts with those of

MODIS (a multispectral IR imager with 1km ground resolution) shed light on systematic

errors in MODIS measurements. These errors were quantified and their origins were separated

and identified. This work demonstrates the limitations of MODIS for SO2 measurements.

A UV camera equipped with filters has also been developed to achieve 2D SO2 from the

ground at a high spatial and temporal resolution. The potential provided by this new type of

instruments has been demonstrated during a field campaign on Turrialba Volcano (Costa

Rica). The integration of measurements obtained using the camera, ASTER and OMI revealed

a high and sustained SO2 flux, which can be explained only by the degassing of a recently

intruded magma body. The slow decrease of SO2 flux since January 2010 suggests a

progressive exhaustion of the volatile content of the magma.

Finally, we applied the band ratio algorithm to a series of ASTER images of the recent

eruption of Eyjafjallajökull in April-May 2010. The SO2 measurements provide interesting

insights into the complex eruptive dynamics and into the control of hydromagmatic

interactions on eruptive gas release into the atmosphere. /

Le dioxyde de soufre (SO2) est un gaz typique du dégazage magmatique de haute

température, dont il est le troisième composant le plus abondant derrière H2O et CO2. Le flux

de SO2 est un excellent paramètre pour caractériser le dégazage volcanique et surveiller son

évolution dans le temps. Cette thèse présente de nouvelles méthodes de mesures des flux de

SO2 émis par l’activité volcanique. Ces méthodes se basent sur l’absorption de la molécule de

SO2 dans l’infrarouge (IR) et l’ultraviolet (UV). Elles utilisent les données prises par des

senseurs embarqués sur des satellites (ASTER, OMI et MODIS) ou opérés depuis le sol

(caméra UV munie de filtres).

Le senseur ASTER opère dans l’IR thermique avec une résolution spatiale de 90 m par

pixel. L’algorithme de mesure développé pour ce satellite n’est sensible qu’à la concentration

en SO2 et pratiquement pas aux paramètres interférents qui posaient problèmes aux méthodes

existantes :la vapeur d’eau atmosphérique, les aérosols de sulfate dans le panache et

l’émissivité de la surface sous-jacente. ASTER est un peu le fil conducteur de cette thèse, car

sa haute résolution spatiale lui permet de faire le lien entre des mesures au sol et les mesures

faites par d’autres satellites comme OMI et MODIS.

Le satellite OMI est un spectromètre imageant qui opère dans l’UV, avec une

couverture globale journalière, une haute sensitivité au SO2 et une résolution spatiale de

13x24km. La comparaison OMI-ASTER montre que les colonnes mesurées sur les pixels

d’OMI sont de deux ordres de grandeur inférieurs à celles d’ASTER, à cause de la différence

de résolution spatiale entre les deux satellites. Les mesures de flux, par contre, montrent une

très bonne concordance. L’analyse d’un grand nombre d’images a permis d’établir qu’ASTER

est meilleur pour des scènes sans nuages tandis qu’OMI est meilleur quand une couverture

nuageuse présente sous le panache augmente son rapport signal sur bruit. Une limite de

détection pratique a aussi été établie pour les flux de SO2 dans les panaches volcaniques dans

la basse troposphère :5kg/s.

La comparaison des mesures d’ASTER avec celle de MODIS a permis de démontrer les

limites de MODIS pour la mesure du SO2. Des erreurs systématiques sur les mesures de

MODIS on été mises en évidence et quantifiées. Ces erreurs sont dues aux interférents

spectraux que sont la vapeur d’eau atmosphérique et les aérosols sulfatés. L’émissivité est

aussi un important facteur d’erreur pour MODIS.

Une caméra UV équipée d’un système de filtres a également été développée pour

mesurer le SO2 en 2D, à haute résolution spatiale et temporelle. Le potentiel offert par ce

nouveau type d’instrument a été démontré lors d’une campagne de mesures sur le volcan

Turrialba (Costa Rica). La combinaison de mesures de SO2 réalisée avec la caméra, ASTER

et OMI a permis de mettre en évidence des flux très élevés (30-50kg/s) qui ne peuvent

s’expliquer que par une intrusion récente de magma juvénile en cours de dégazage.

Enfin, les mesures de SO2 ont réalisées à partir des images ASTER pendant l’éruption

du volcan Eyjafjallajökull en avril-mai 2010. Ces mesures fournissent des informations

intéressantes sur les dynamismes éruptifs qui se sont succédé et sur le contrôle des émissions

de SO2 dans l’atmosphère par les interactions magma-eau.
Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse vise à améliorer la compréhension de l'économie du suivi des GES dans les politiques climatiques, qui est la problématique principale de ce travail de recherche. À cet égard, cette thèse développe un cadre analytique général pour l'analyse de la surveillance, notification et vérification (MRV) dans les politiques climatiques à travers l’étude d’arbitrages clés – tels que le coût vs incertitude – ainsi que d'un modèle microéconomique pour évaluer l'impact des choix de règles du suivi sur la performance économique et environnementale des politiques climatiques. Alors que les expériences pratiques avec les mécanismes de tarification et de gestion du carbone les plus importants, ainsi que la modélisation microéconomique, démontrent qu'il n'y a pas de solution « miracle » concernant les règles MRV dans la politique climatique, cette thèse, néanmoins, tire trois leçons clés concernant la comptabilisation du carbone qui devraient aider les décideurs à concevoir des règles du suivi en fonction de leurs objectifs.Tout d'abord, en ce qui concerne la rigueur du suivi, il peut être conclu que les règles sur les incertitudes sont rarement exhaustives. Avec une exception importante de la mesure directe dans le SCEQE, les systèmes de comptabilisation du carbone existants ne fixent pas une exigence sur l'incertitude globale. Les exigences du suivi dans le cadre du MDP ont en partie suivi le principe de précaution – par le biais d'un choix conservateur d'incertitude pour certaines valeurs par défaut du GIEC ainsi que pour certaines variables surveillées. Le modèle microéconomique développé dans cette thèse démontre qu’en présence d'asymétrie d'information, ne pas comptabiliser l'incertitude conduit à des résultats économiques et environnementaux sous-optimaux.Deuxièmement, il a été démontré que les coûts de MRV sont soumis à un fort effet d'économie d'échelle, à la fois dans et entre les différents cadres de comptabilisation du carbone. Les régimes obligatoires doivent être particulièrement prudents avec les coûts qu'ils imposent aux entités réglementées parce qu'elles peuvent fausser le marché – par exemple en mettant des coûts plus élevés sur les petites entités – ou même entrainer des coûts non supportables pour certaines entreprises. Inversement, les systèmes de compensation, pour lesquels la participation est volontaire, ne peuvent pas entrainer la faillite des entreprises participantes du fait des coûts de MRV : s’ils sont trop élevés, les entreprises ne participeront tout simplement pas. En outre, l'un des intérêts de la mise en place d'un programme de compensation est de révéler des informations sur les possibilités de réduction des émissions, les techniques de surveillance et les coûts. Dans ce contexte, il y a une justification pour la hausse des coûts de MRV afin d'obtenir une meilleure information. Troisièmement, les coûts de surveillance sont aussi directement proportionnels à la rigueur du MRV. En effet un suivi plus précis s’accompagne habituellement par un coût plus important. Le régulateur doit donc faire face à un compromis entre les coûts et la qualité de l’information. Peu de systèmes de comptabilisation du carbone existants contiennent des dispositifs de flexibilité pour adapter les exigences de la précision aux coûts supportés par les parties prenantes. Ces dispositions peuvent prendre la forme de « seuils de minimis » (les niveaux d'émissions en dessous desquels la surveillance et la notification des émissions ne sont pas exigées), ou « seuils de matérialité » (les niveaux de seuil d'erreurs pour lesquels les erreurs sont tolérées lors de la vérification). ... (suite et fin du résumé dans la thèse)
This dissertation aims at improving the understanding of the economics of monitoring in climate policy, which is the main problematic of this research work. To this end, this dissertation develops a general analytical framework for the analysis of monitoring, reporting and verification (MRV) in climate policy across several key tradeoffs – such as cost vs. uncertainty – as well as a microeconomic model to assess the impact of monitoring policy choice on the economic and environmental performance of climate policy. While the practical experiences with the most important carbon pricing and management mechanisms, as well as microeconomic modeling highlight that there is no “silver bullet” solution regarding MRV rules in climate policy, this dissertation, nevertheless, draws three key lessons regarding carbon accounting that should help policymakers design “silver bullets” depending on their objectives.First, regarding the stringency of monitoring, it can be concluded that the rules for monitoring uncertainty are rarely exhaustive. With an important exception of direct measurement in the EU ETS, existing carbon accounting systems do not set a requirement on the overall uncertainty of a given source. The CDM monitoring requirements have partly followed the conservativeness principle, mainly through a conservative choice of uncertainty bounds for some IPCC default values as well as for some monitored variables. The microeconomic model developed in this dissertation demonstrates that in the presence of information asymmetry not accounting for monitoring uncertainty leads to suboptimal economic and environmental outcomes of climate policy.Second, it was demonstrated that MRV costs are subject to a strong economy-of-scale effect both across and within different carbon accounting frameworks. Indeed, MRV costs decrease with the comprehensiveness of the perimeter: the larger and the more comprehensive a scheme, the lower the MRV costs. Mandatory schemes must be especially careful with the costs that they impose on regulated entities as these may distort the market – for example by putting higher costs on smaller entities – or even put unbearable burden on some firms. Conversely, offset schemes, in which participation is voluntary, cannot bankrupt participating companies through MRV costs: if they are too high, companies simply do not participate. Moreover, one of the interests of running an offset scheme is to reveal information on abatement opportunities, monitoring techniques and costs. In this context, there is a rationale for higher MRV costs in order to obtain better information.Third, monitoring costs are also directly proportional to MRV stringency, as more accurate monitoring usually comes at an increasing cost. The regulator therefore has to deal with a tradeoff between information quality and monitoring costs. Few existing carbon accounting systems incorporate flexibility provisions to adapt uncertainty requirements to the cost incurred by stakeholders. These provisions may take the form of de minimis thresholds (that is, threshold levels of emissions under which monitoring and reporting are not required), or “materiality thresholds” (that is, threshold levels of errors under which errors are tolerated during verification). They can also take a more continuous form, for example by increasing the cost of compliance or discounting the benefits from carbon credits in proportion to the uncertainty of monitoring. The microeconomic model developed in this dissertation demonstrates that in choosing the monitoring policy to address uncertainty – prescribing the error, setting maximum uncertainty thresholds or applying a discount – the regulator has to balance welfare, risk and undue wealth transfers

Cette thèse porte sur l’ultimatum qu’impose le phénomène de changement climatique à la société occidentale contemporaine : changer de modèle de société ou risquer l’effondrement (Diamonds,2006). L’épreuve majeure qui s’impose serait celle d’habiter autrement la Terre, autour d’un autre projet : celui de la lutte contre le changement climatique. De nombreuses publications (Aykut,2012 ; Dahan, 2015 ; Latour, 2015 ; Roques, 2013 ; Stengers, 2009) décrivent l’incapacité des institutions étatiques à construire un projet commun pour répondre aux enjeux climatiques. Dans cette affaire, les études « critiques » relèvent la place importante qu’a prise la simulation au détriment de l’action concrète et pérenne. Modélisations climatiques, simulations politiques et économiques, diagnostics sociologiques, fictions littéraires, le changement climatique est largement investi par le récit. Nos immersions de terrain ont montré que d’autres échelles de l’action s’emparaient déjà activement de l’affaire climatique. Villes et entreprises sont, en effet, de plus en plus nombreuses à prendre position dans la problématique énergie-climat. Il s’ensuit que certains énoncés, par leur position de médiateurs, avaient cédé la place à des expérimentations concrètes. Adoptant une démarche pragmatique, inspirée de l’Enquête sur les modes d’existence, proposée par Latour, et enrichie par le modèle des Économies de la Grandeur de Boltanski et Thévenot, cette thèse tente de décrire les divers modes d’existence de la problématique climatique auprès de collectifs territoriaux. Par ailleurs, nous faisons l’hypothèse de l’influence d’arrières plans culturels et d’intérêts passionnés dans la production de stratégies climatiques par des acteurs locaux
This thesis focuses on the ultimatum imposed by the climate change phenomenon in contemporary Western society : changing the model of society or risk collapse (Diamonds, 2006). The major ordealt hat is required was that of otherwise inhabit the Earth around another project : the fight against climate change. Many publications (Aykut, 2012 ; Dahan, 2015 ; Latour, 2015 ; Roques, 2013 ;Stengers, 2009) describe the inability of state institutions to build a common project to respond to climate challenges. In this situation, the "critical" studies note the important place that has taken the simulation at the expense of concrete and sustainable action. Climate modelling, political and economic simulations, sociological diagnoses, literary fiction, climate change is largely invested by the narrative. Our field immersions have shown that other scales of action are already actively seized ofthe climate deal. Cities and businesses are in fact more likely to take a position in the energy and climate challenge. It follows that some statements, by their position mediators had given way to concrete experiments. Taking a pragmatic approach, inspired by the l’Enquête sur les modes d’existence proposed by Latour, and enriched by the model of Économies de la Grandeur of Boltanski and Thevenot, this thesis attempts to describe the various modes of existence of the climate problem from territorial collectives. We also assuming the rear of influence cultural plans and attachments in producing climate strategies by local actors

Les prédictions du réseau intergouvernemental sur les changements climatiques indiquent que la concentration ambiante de dioxyde de carbone (CO2) d'environ 350 µm.mol-1 va doubler d'ici la fin du siècle. Cette hausse de CO2 combinée au réchauffement de la température va avoir un effet drastique sur l'agriculture et les écosystèmes. Grâce à leur grande variabilité génétique, le blé (Triticum aestivum) et le seigle (Secale cereale) sont très adaptés aux stress abiotiques et biotiques. Les variétés d'hiver capables de s'acclimater au froid sont plus résistantes aux basses températures. Cette meilleure capacité de tolérance pourrait-elle conférer un avantage durant la croissance et le développement des céréales soumis aux concentrations élevées de CO2 de 700 µm.mol-1? La comparaison des processus physiologiques, biochimiques et moléculaires associés à la réponse du blé et du seigle non acclimatés et acclimatés au froid durant leur croissance et développement en concentrations ambiantes et élevées de CO2 ont été l'objet de notre étude. Dans le premier article de ce travail, nous avons comparé la contribution des effets de la plasticité phénotypique observée au niveau des feuilles et de la plante entière avec les effets biochimiques et moléculaires sur la performance photosynthétique et l'utilisation de l'eau des cultivars hivernaux et printaniers de blé (cv Norstar et cv Katepwa) et de seigle (cv Musketer et cv SR4A) non-acclimatés (20°C) et acclimatés au froid (5°C). Le blé et le seigle d'hiver acclimatés au froid présentent des hausses de 22 et 44% de leur activité photosynthétique maximale (Asat) et du double de leur efficacité d'utilisation de l'eau. Les sucres produits par la photosynthèse sont exportés au niveau des organes de réserve et de la paroi cellulaire. Les analyses biochimiques et moléculaires montrent que les céréales d'hiver acclimatées au froid augmentent leur efficacité et taux de transfert d'électrons photosynthétiques, diminuent la pression d'excitation au niveau de leur photosystème II et augmentent la dissipation de l'énergie sous forme de chaleur, démontrant ainsi une meilleure performance face à l'inhibition photosynthétique associée au froid. Par ailleurs les résultats obtenus avec la surexpression de BNCBF17 chez Brassica napus indiquent que les gènes CBFs/DREBs semblent réguler la tolérance au gel et gouvernent l'architecture des plantes, l'anatomie des feuilles, la performance photosynthétique et l'efficacité de l'utilisation de l'eau. Nous discutons dans cet article des coûts et des bénéfices de la plasticité phénotypique en termes de survie hivernale et de la capacité de reproduction. Dans le deuxième article nous avons déterminé si l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2 de 700 µm.mol-1 pouvait compenser l'inhibition photosynthétique induite par le froid chez les variétés printanières de céréales. Les taux d'assimilation de la photosynthèse (Asat) ont été mesurés chez deux variétés (hivernale et printanière) de blé Triticum aestivum (cv Norstar et Katepwa) et de seigle Secale cereale (cv Musketeer et cv SR4A) non acclimatées (température 20/16°C jour/nuit) et acclimatées au froid (température 5/5°C jour/nuit). Suite à une exposition courte de aux concentrations élevées de CO2 de 700 µmol C mol-1, les variétés printanières de blé et seigle acclimatées au froid présentent une diminution de 45 à 60% de leur taux de photosynthèse comparée à leurs homologues non acclimatées. Les plants de blé et de seigle d'hiver acclimatés au froid présentent une augmentation de 15 à 35% de leur photosynthèse comparativement aux plants non acclimatés. L'assimilation de CO2 durant l'acclimatation au froid est 60% moins élevée chez les variétés printanières comparativement aux variétés hivernales. Ces résultats démontrent que l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2 ne peut compenser l'inhibition photosynthétique induite par le froid chez les variétés printanières. La limitation du CO2 pour la Ribulose 1, 5-biphosphate carboxylase/oxygénase que l'on observe généralement à concentration ambiante de CO2 est accentuée par l'acclimatation au froid chez les cultivars de printemps. De plus, l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2, ne permet pas aux cultivars de printemps d'ajuster la sensibilité thermale associée à la photosynthèse durant l'acclimatation au froid comparativement aux cultivars d'hiver. Dans le troisième article, l'analyse du transcriptome chez le blé (Triticum aestivum. L,) d'hiver Norstar cultivé à long terme en conditions de CO2 ambiant (380 µmol C mol-1) et élevé (700 µmol C mol-1) a été initiée afin de déterminer les facteurs physiologiques et génétiques impliqués dans la réponse des plantes non-acclimatés (NA, 20°C) et acclimaté au froid (CA, 5°C) aux concentrations élevées de CO2. Les plantes acclimatées au froid en conditions de CO2 ambiant présentent, un phénotype court et robuste, une réduction de 33% de leur croissance, une hausse double du poids spécifique de leur feuille de même que de leur quantité de protéine et une hausse de 30% de leur quantité de chlorophylle par unité de surface foliaire comparativement aux plantes non acclimaté. Les concentrations élevées de CO2 ont peu d'effets sur ces paramètres morphologiques. Néanmoins les concentrations élevées de CO2 ont entraîné une hausse de 30% de la biomasse des parties aériennes du blé non acclimaté et acclimaté au froid. Le blé Norstar acclimaté au froid maintient des taux de photosynthèses en conditions de lumière et de CO2 saturantes comparables au blé non-acclimaté, mais requiert moins de quantum pour la fermeture du photosystème et pour la dissipation de l'énergie sous forme de chaleur. Les plantes non acclimaté et acclimaté au froid ne sont pas sensibles à l'inhibition photosynthétique induite par les concentrations élevées de CO2. L'effet le plus marqué des concentrations élevées de CO2 chez le blé non acclimaté est la diminution de l'expression des gènes impliqués dans la défense des plantes face aux pathogènes. Par contre, ces effets sont moins accentués chez les plantes acclimatées au froid grâce à l'induction des gènes impliqués dans la résistance aux pathogènes, dans la tolérance au gel, dans la protection et à la stabilisation du chloroplaste. Ces résultats démontrent que l'acclimatation au froid et les concentrations élevées de CO2 ont des effets opposés sur la régulation du système de défense des plantes. Ces résultats démontrent que es concentrations élevées de CO2 auront moins d'impact sur la performance et la productivité des plantes qui vivent dans les pays nordiques contrairement à celles qui vivent dans les environnements plus chauds. Avec les conditions de CO2 élevé prévu, la sélection de plantes ayant des caractères de résistance aux pathogènes est fortement suggérée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Assimilation de CO2, concentrations élevées de CO2, acclimatation au froid, transcriptome, stress abiotiques et biotiques, gènes de résistance aux pathogènes