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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Exploration of Non-Linear and Non-Stationary Approaches to Statistical Seasonal Forecasting in the Sahel / Abdouramane GADO DJIBO 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Exploration of Non-Linear and Non-Stationary Approaches to Statistical Seasonal Forecasting in the Sahel Type de document : texte imprimé Auteurs : Abdouramane GADO DJIBO Année de publication : 2016 Importance : 303p. Langues : Français (fre) Résumé : La gestion des ressources en eau dans la région du Sahel, en Afrique de l'Ouest, est extrêmement difficile en raison de la forte variabilité interannuelle des précipitations ainsi que de la dégradation générale de la disponibilité de l'eau dans la région. Les changements observés dans les débits perturbent directement les activités socio-économiques clés telles que l'agriculture, une des principales sources de subsistance pour la population ouest-africaine. La prévision saisonnière des précipitations offre la possibilité d'accroître la résilience à la variabilité climatique en fournissant des informations à l'avance sur la quantité de pluie qu'on peut espérer pour la saison des pluies à venir. De plus, la disponibilité d'informations fiables sur la quantité des écoulements quelques mois avant la saison des pluies serait immensément bénéfiques pour les utilisateurs de l'eau qui pourront ainsi planifier leurs activités. Depuis les années 90, plusieurs études ont tenté d'évaluer la prévisibilité des caractéristiques de la pluviométrie sahélienne, et de développer des modèles de prévision saisonnière de précipitations et de débits pour aider les parties prenantes à prendre de meilleures décisions. Malheureusement, deux décennies plus tard, les méthodes de prévision saisonnière sont encore peu fiables et les prévisions ont une valeur pratique limitée pour la prise de décision. La faible performance dans la prévision saisonnière serait partiellement due aux limitations des prédicteurs et des approches de prévisions couramment utilisées pour cette région. Dans cette thèse, des nouvelles approches de prévision saisonnière ont été développées et des nouveaux prédicteurs sont testés avec pour objectif de prédire la quantité de précipitations saisonnières sur le bassin versant de la Sirba, un cours d'eau situé à cheval entre le Niger et le Burkina Faso, en Afrique occidentale. Un groupe de 84 prédicteurs ayant des liens physiques avec la mousson ouest-africaine et avec sa dynamique ont été sélectionnés. Le chopix de ces prédicteurs est aussi basé sur le temps de latence optimal entre leur observation et la saison des pluies estimé en utilisant une combinaison de méthodes statistiques. La dimension des vecteurs de prédicteurs a d'abord été réduite grâce à une analyse de corrélation linéaire avec des précipitations estimées par satellite sur la région ouest-africaine. L'analyse de corrélation et l‘analyse en composantes principales ont été utilisées pour ne retenir que les composantes principales prédictives élevées. Un modèle de régression linéaire a été utilisé pour obtenir des prévisions saisonnières et le modèle a été évalué afin de classer les prédicteurs par ordre de performance. Les trois meilleurs prédicteurs, soient la température de l'air (du Pacifique tropical Nord), la pression du niveau de la mer (de l'Atlantique tropical sud) et l'humidité relative (à partir de la Méditerranée orientale) ont été retenus et utilisés ensemble comme entrées pour les modèles de prévision des précipitations saisonnières. Dans cette thèse, des hypothèses de stationnarité et de linéarité ne sont pas émises comme c'est le cas dans la plupart des méthodes de prévision saisonnière: 1. Deux méthodes probabilistes non stationnaires basées sur la détection de ruptures ont été développées et ensuite testées. Chaque méthode utilise un des trois prédicteurs sélectionnés. Le modèle M1 permet un changement de valeur des paramètres du modèle linéaire en fonction de l'amplitude des précipitations annuelles, tandis que M2 permet des changements de valeurs des paramètres du modèle linéaire avec le temps. M1 et M2 ont été comparés au modèle linéaire classique avec paramètres constants (M3) et à la climatologie (M4). Le modèle qui permet un changement dans la relation pluie-prédicteur selon l‘amplitude des précipitations (M1), et utilisant AirTemp comme prédicteur a obtenu le meilleur score pour la prévision saisonnière des précipitations dans la zone d'étude. 2. Des modèles non-linéaires, y compris les arbres de régression, le réseau de neurones, et l‘analyse en composantes principales non-linéaire ont été mises en oeuvre et testées pour prévoir les précipitations saisonnières en utilisant les mêmes prédicteurs. Les performances en prévision ont été comparées en utilisant le coefficient de détermination, le coefficient de Nash-Sutcliffe et le score de taux de succès. L'analyse en composantes principales non-linéaire était le meilleur modèle non-linéaire (R2: 0,46; Nash: 0,45; HIT: 60,7), tandis que le réseau de neurones et les modèles d'arbres de régression ont de résultats médiocres. Toutes les méthodes de prévision des précipitations développées ont ensuite été utilisées pour la prévision des débits annuels moyens saisonniers et des débits maximum mensuels en introduisant les précipitations prédites dans un modèle SWAT du bassin versant de la Sirba. Les résultats sont résumés comme suit: 1. Modèles non stationnaires: Les modèles M1 et M2 ont été comparés aux modèles M3 et M4. Les résultats obtenus ont révélé que le modèle M3 en utilisant RHUM comme prédicteur avec un temps de latence de 8 mois a obtenu le meilleur score pour les prévisions des débits annuels moyens saisonniers. Le modèle M1 en utilisant AirTemp comme prédicteur à un temps de latence de 4 mois est le meilleur modèle pour prédire les débits mensuels maximaux dans le bassin versant de la Sirba. En outre, le modèle SWAT calibré atteint une valeur NASH de 0,83. 2. Modèles non-linéaires: Les précipitations saisonnières obtenues à partir du modèle d'analyse en composantes principales non-linéaire ont été désagrégées au pas de temps journalier en utilisant la méthode du fragment, puis introduites dans le modèle hydrologique SWAT pour générer des débits. Cette prévision était assez acceptable avec une valeur Nash de 0,58. L'évaluation du niveau de risque associé à chaque prévision saisonnière a été réalisée en utilisant une mesure simple de risque: la probabilité de débordement des digues de protection contre les inondations à Niamey, au Niger. Un modèle hydro-dynamique HEC-RAS du fleuve Niger de part et d'autre de Niamey a été développé en utilisant les données de débit de la période 1980-2014; une analyse de copules a été utilisée pour modéliser la structure de dépendance entre les débits et de prédire la répartition des débits à Niamey compte tenu de l'écoulement prévu sur le bassin versant de la Sirba. Finalement, les probabilités de déversement au-dessus des digues ont été estimées pour chaque année de la période 1980-2014. Les résultats de cette étude peuvent être utilisés comme un moyen d'évaluer et d'améliorer la performance de la prévision saisonnière au Sahel. Les travaux ont confirmé clairement la possibilité d‘améliorer la prévision des précipitations et débits dans le bassin versant de la Sirba à l'échelle de temps saisonnière en utilisant des prédicteurs autres que les températures à la surface des mers. Abstract : Water resources management in the Sahel region, West Africa, is extremely difficult because of high inter-annual rainfall variability as well as a general degradation of water availability in the region. Observed changes in streamflow directly disturb key socioeconomic activities such as agriculture sector which constitutes one of the main survival pillars of West African population. Seasonal rainfall forecasting is considered as one possible way to increase resilience to climate variability by providing information in advance about the amount of rainfall expected in each upcoming rainy season. Moreover, availability of reliable information about streamflow magnitude a few months before a rainy season will immensely benefit water users who want to plan their activities. However, since the 90s, several studies attempted to evaluate the predictability of Sahelian characteristics and develop seasonal rainfall and streamflow forecasts models to help stakeholders take better decisions. Unfortunately, two decades later, forecasting skills are still low and forecasts have a limited value for decision making. It is believed that the low performance in seasonal forecasting is due to the limit of commonly used predictors and forecast approaches for this region. In this study, new seasonal forecasting approaches were developed and new predictors tested in an attempt to predict the upcoming seasonal rainfall amount over the Sirba watershed located in between Niger and Burkina Faso, West Africa. A pool of 84 predictors having physical link with the West African monsoon and its dynamics were selected with their optimal lag time using combined statistical methods. They were first reduced through a screening using linear correlation with satellite rainfall over the West African region. Correlation analysis, principal component analysis were used to keep the high predictive principal components. A linear regression was used to get synthetic forecasts and the model was assessed to rank the tested predictors. The three best predictors, air temperature (from Pacific Tropical North), sea level pressure (from Atlantic Tropical South) and relative humidity (from Mediterranean East) were retained and tested as inputs for seasonal rainfall forecasting models. In this thesis it is chosen to depart from the stationarity and linearity assumptions used in most seasonal forecasting methods: 1. Two probabilistic non stationary methods based on change point detection were then developed and tested. Each method uses one of the three best predictors. Model M1 allows for change in model parameters according to annual rainfall magnitude, while M2 allows for changes in model parameters with time. M1 and M2 were compared to the classical linear model with constant parameters (M3) and to the climatology (M4). The model that allows a change in the predictand-predictor relationship according to rainfall amplitude (M1) and using AirTemp as predictor was the best model for seasonal rainfall forecasting in the study area. 2. Non-linear models including regression trees, feedforward neural network and non-linear principal component analysis were implemented and tested to forecast seasonal rainfall using the same predictors. Forecast performances were compared using coefficient of determination, Nash-Sutcliffe coefficient and hit rate score. The non-linear principal component analysis was the best non-linear model (R2: 0.46; Nash: 0.45; HIT: 60.7) while feedforward neural network and the regression tree models performed poorly. All the developed rainfall forecasting methods were subsequently used to forecast seasonal annual mean streamflow and maximum monthly streamflow by feeding the rainfall forecasted in a SWAT model of the Sirba watershed. The results are summarized as follow: 1. Non-stationary models: Models M1 and M2 were compared to models M3 and M4. The obtained results revealed that model M3 using RHUM as predictor at a lag time of 8 months was the best method for seasonal annual mean streamflow forecast. Whereas, model M1 using air temperature as predictor at a lag time of 4 months is the best model to predict maximum monthly streamflow in the Sirba watershed. Moreover, the calibrated SWAT model achieved a NASH value of 0.83. 2. Non-linear models: The seasonal rainfall obtained from the non-linear principal component analysis model was disaggregated into daily rainfall using the method of fragment, and then fed into the SWAT hydrological model to produce streamflow. This forecast was fairly acceptable with a Nash value of 0.58. The evaluation of the level of risk associated with each seasonal forecast was carried out using a simple risk measure: the probability of overtopping of the flood protection dykes in Niamey, Niger. A HEC-RAS hydro-dynamical model of the Niger River around Niamey was developed for the 1980-2014 period; a copula analysis was used to model the dependence structure of streamflows and predict the distribution of streamflow in Niamey given the predicted streamflow on the Sirba watershed. Finally, the probabilities of overtopping of the flood protection dykes were estimated for each year in the 1980-2014 period. The finding of this study can be used as a guideline to improve the performance of seasonal forecasting in the Sahel. This research clearly confirmed the possibility of rainfall and streamflows forecasting in the Sirba watershed at seasonal time scale using other potential predictors rather than sea surface temperature. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Exploration of Non-Linear and Non-Stationary Approaches to Statistical Seasonal Forecasting in the Sahel [texte imprimé] / Abdouramane GADO DJIBO . - 2016 . - 303p. Langues : Français (fre) Résumé : La gestion des ressources en eau dans la région du Sahel, en Afrique de l'Ouest, est extrêmement difficile en raison de la forte variabilité interannuelle des précipitations ainsi que de la dégradation générale de la disponibilité de l'eau dans la région. Les changements observés dans les débits perturbent directement les activités socio-économiques clés telles que l'agriculture, une des principales sources de subsistance pour la population ouest-africaine. La prévision saisonnière des précipitations offre la possibilité d'accroître la résilience à la variabilité climatique en fournissant des informations à l'avance sur la quantité de pluie qu'on peut espérer pour la saison des pluies à venir. De plus, la disponibilité d'informations fiables sur la quantité des écoulements quelques mois avant la saison des pluies serait immensément bénéfiques pour les utilisateurs de l'eau qui pourront ainsi planifier leurs activités. Depuis les années 90, plusieurs études ont tenté d'évaluer la prévisibilité des caractéristiques de la pluviométrie sahélienne, et de développer des modèles de prévision saisonnière de précipitations et de débits pour aider les parties prenantes à prendre de meilleures décisions. Malheureusement, deux décennies plus tard, les méthodes de prévision saisonnière sont encore peu fiables et les prévisions ont une valeur pratique limitée pour la prise de décision. La faible performance dans la prévision saisonnière serait partiellement due aux limitations des prédicteurs et des approches de prévisions couramment utilisées pour cette région. Dans cette thèse, des nouvelles approches de prévision saisonnière ont été développées et des nouveaux prédicteurs sont testés avec pour objectif de prédire la quantité de précipitations saisonnières sur le bassin versant de la Sirba, un cours d'eau situé à cheval entre le Niger et le Burkina Faso, en Afrique occidentale. Un groupe de 84 prédicteurs ayant des liens physiques avec la mousson ouest-africaine et avec sa dynamique ont été sélectionnés. Le chopix de ces prédicteurs est aussi basé sur le temps de latence optimal entre leur observation et la saison des pluies estimé en utilisant une combinaison de méthodes statistiques. La dimension des vecteurs de prédicteurs a d'abord été réduite grâce à une analyse de corrélation linéaire avec des précipitations estimées par satellite sur la région ouest-africaine. L'analyse de corrélation et l‘analyse en composantes principales ont été utilisées pour ne retenir que les composantes principales prédictives élevées. Un modèle de régression linéaire a été utilisé pour obtenir des prévisions saisonnières et le modèle a été évalué afin de classer les prédicteurs par ordre de performance. Les trois meilleurs prédicteurs, soient la température de l'air (du Pacifique tropical Nord), la pression du niveau de la mer (de l'Atlantique tropical sud) et l'humidité relative (à partir de la Méditerranée orientale) ont été retenus et utilisés ensemble comme entrées pour les modèles de prévision des précipitations saisonnières. Dans cette thèse, des hypothèses de stationnarité et de linéarité ne sont pas émises comme c'est le cas dans la plupart des méthodes de prévision saisonnière: 1. Deux méthodes probabilistes non stationnaires basées sur la détection de ruptures ont été développées et ensuite testées. Chaque méthode utilise un des trois prédicteurs sélectionnés. Le modèle M1 permet un changement de valeur des paramètres du modèle linéaire en fonction de l'amplitude des précipitations annuelles, tandis que M2 permet des changements de valeurs des paramètres du modèle linéaire avec le temps. M1 et M2 ont été comparés au modèle linéaire classique avec paramètres constants (M3) et à la climatologie (M4). Le modèle qui permet un changement dans la relation pluie-prédicteur selon l‘amplitude des précipitations (M1), et utilisant AirTemp comme prédicteur a obtenu le meilleur score pour la prévision saisonnière des précipitations dans la zone d'étude. 2. Des modèles non-linéaires, y compris les arbres de régression, le réseau de neurones, et l‘analyse en composantes principales non-linéaire ont été mises en oeuvre et testées pour prévoir les précipitations saisonnières en utilisant les mêmes prédicteurs. Les performances en prévision ont été comparées en utilisant le coefficient de détermination, le coefficient de Nash-Sutcliffe et le score de taux de succès. L'analyse en composantes principales non-linéaire était le meilleur modèle non-linéaire (R2: 0,46; Nash: 0,45; HIT: 60,7), tandis que le réseau de neurones et les modèles d'arbres de régression ont de résultats médiocres. Toutes les méthodes de prévision des précipitations développées ont ensuite été utilisées pour la prévision des débits annuels moyens saisonniers et des débits maximum mensuels en introduisant les précipitations prédites dans un modèle SWAT du bassin versant de la Sirba. Les résultats sont résumés comme suit: 1. Modèles non stationnaires: Les modèles M1 et M2 ont été comparés aux modèles M3 et M4. Les résultats obtenus ont révélé que le modèle M3 en utilisant RHUM comme prédicteur avec un temps de latence de 8 mois a obtenu le meilleur score pour les prévisions des débits annuels moyens saisonniers. Le modèle M1 en utilisant AirTemp comme prédicteur à un temps de latence de 4 mois est le meilleur modèle pour prédire les débits mensuels maximaux dans le bassin versant de la Sirba. En outre, le modèle SWAT calibré atteint une valeur NASH de 0,83. 2. Modèles non-linéaires: Les précipitations saisonnières obtenues à partir du modèle d'analyse en composantes principales non-linéaire ont été désagrégées au pas de temps journalier en utilisant la méthode du fragment, puis introduites dans le modèle hydrologique SWAT pour générer des débits. Cette prévision était assez acceptable avec une valeur Nash de 0,58. L'évaluation du niveau de risque associé à chaque prévision saisonnière a été réalisée en utilisant une mesure simple de risque: la probabilité de débordement des digues de protection contre les inondations à Niamey, au Niger. Un modèle hydro-dynamique HEC-RAS du fleuve Niger de part et d'autre de Niamey a été développé en utilisant les données de débit de la période 1980-2014; une analyse de copules a été utilisée pour modéliser la structure de dépendance entre les débits et de prédire la répartition des débits à Niamey compte tenu de l'écoulement prévu sur le bassin versant de la Sirba. Finalement, les probabilités de déversement au-dessus des digues ont été estimées pour chaque année de la période 1980-2014. Les résultats de cette étude peuvent être utilisés comme un moyen d'évaluer et d'améliorer la performance de la prévision saisonnière au Sahel. Les travaux ont confirmé clairement la possibilité d‘améliorer la prévision des précipitations et débits dans le bassin versant de la Sirba à l'échelle de temps saisonnière en utilisant des prédicteurs autres que les températures à la surface des mers. Abstract : Water resources management in the Sahel region, West Africa, is extremely difficult because of high inter-annual rainfall variability as well as a general degradation of water availability in the region. Observed changes in streamflow directly disturb key socioeconomic activities such as agriculture sector which constitutes one of the main survival pillars of West African population. Seasonal rainfall forecasting is considered as one possible way to increase resilience to climate variability by providing information in advance about the amount of rainfall expected in each upcoming rainy season. Moreover, availability of reliable information about streamflow magnitude a few months before a rainy season will immensely benefit water users who want to plan their activities. However, since the 90s, several studies attempted to evaluate the predictability of Sahelian characteristics and develop seasonal rainfall and streamflow forecasts models to help stakeholders take better decisions. Unfortunately, two decades later, forecasting skills are still low and forecasts have a limited value for decision making. It is believed that the low performance in seasonal forecasting is due to the limit of commonly used predictors and forecast approaches for this region. In this study, new seasonal forecasting approaches were developed and new predictors tested in an attempt to predict the upcoming seasonal rainfall amount over the Sirba watershed located in between Niger and Burkina Faso, West Africa. A pool of 84 predictors having physical link with the West African monsoon and its dynamics were selected with their optimal lag time using combined statistical methods. They were first reduced through a screening using linear correlation with satellite rainfall over the West African region. Correlation analysis, principal component analysis were used to keep the high predictive principal components. A linear regression was used to get synthetic forecasts and the model was assessed to rank the tested predictors. The three best predictors, air temperature (from Pacific Tropical North), sea level pressure (from Atlantic Tropical South) and relative humidity (from Mediterranean East) were retained and tested as inputs for seasonal rainfall forecasting models. In this thesis it is chosen to depart from the stationarity and linearity assumptions used in most seasonal forecasting methods: 1. Two probabilistic non stationary methods based on change point detection were then developed and tested. Each method uses one of the three best predictors. Model M1 allows for change in model parameters according to annual rainfall magnitude, while M2 allows for changes in model parameters with time. M1 and M2 were compared to the classical linear model with constant parameters (M3) and to the climatology (M4). The model that allows a change in the predictand-predictor relationship according to rainfall amplitude (M1) and using AirTemp as predictor was the best model for seasonal rainfall forecasting in the study area. 2. Non-linear models including regression trees, feedforward neural network and non-linear principal component analysis were implemented and tested to forecast seasonal rainfall using the same predictors. Forecast performances were compared using coefficient of determination, Nash-Sutcliffe coefficient and hit rate score. The non-linear principal component analysis was the best non-linear model (R2: 0.46; Nash: 0.45; HIT: 60.7) while feedforward neural network and the regression tree models performed poorly. All the developed rainfall forecasting methods were subsequently used to forecast seasonal annual mean streamflow and maximum monthly streamflow by feeding the rainfall forecasted in a SWAT model of the Sirba watershed. The results are summarized as follow: 1. Non-stationary models: Models M1 and M2 were compared to models M3 and M4. The obtained results revealed that model M3 using RHUM as predictor at a lag time of 8 months was the best method for seasonal annual mean streamflow forecast. Whereas, model M1 using air temperature as predictor at a lag time of 4 months is the best model to predict maximum monthly streamflow in the Sirba watershed. Moreover, the calibrated SWAT model achieved a NASH value of 0.83. 2. Non-linear models: The seasonal rainfall obtained from the non-linear principal component analysis model was disaggregated into daily rainfall using the method of fragment, and then fed into the SWAT hydrological model to produce streamflow. This forecast was fairly acceptable with a Nash value of 0.58. The evaluation of the level of risk associated with each seasonal forecast was carried out using a simple risk measure: the probability of overtopping of the flood protection dykes in Niamey, Niger. A HEC-RAS hydro-dynamical model of the Niger River around Niamey was developed for the 1980-2014 period; a copula analysis was used to model the dependence structure of streamflows and predict the distribution of streamflow in Niamey given the predicted streamflow on the Sirba watershed. Finally, the probabilities of overtopping of the flood protection dykes were estimated for each year in the 1980-2014 period. The finding of this study can be used as a guideline to improve the performance of seasonal forecasting in the Sahel. This research clearly confirmed the possibility of rainfall and streamflows forecasting in the Sirba watershed at seasonal time scale using other potential predictors rather than sea surface temperature.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. A field-based modelling framework of the ecohydrology of schistosomiasis / Francisco Javier PEREZ-SAEZ 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : A field-based modelling framework of the ecohydrology of schistosomiasis Type de document : texte imprimé Auteurs : Francisco Javier PEREZ-SAEZ Année de publication : 2017 Importance : 203 p. Langues : Français (fre) Résumé : Le succès du contrôle de la schistosomiase, une maladie d’origine hydrique, dépend de la capacité a agir sur la complexité du cycle de vie du parasite qui dépend d’escargots aquatiques comme hôtes intermédiaires, et implique des facteurs environnementaux, écologiques et socio-économiques. Les stratégies actuelles reposent l’administration de masse de médicaments qui, cependant, ne protègent pas contre la réinfection. Il est reconnu qu’une approches multisectorielles sera nécessaire pour éliminer la maladie, mais nécessitera une attention renouvelée sur ses aspects socio-écologiques. Misant sur le lien entre l’hydrologie et la transmission de la maladie, cette thèse vise à développer une approche écohydrologique de la schistosomiase en vue d’identifier et d’exploiter les levier pour interrompre sa transmission. La schistosomiase est une maladie affectant plus de 150 millions de personnes en Afrique subsaharienne. Cependant, la morbidité qui en découle a été sous-évaluée dans le passé. De plus, le développement des ressources en eau exacerbe souvent la transmission, ce qui pose des défis scientifiques et éthiques dans l’arbitrage qui s’ensuit entre le développement économique et la santé publique. Cette thèse vies donc aux développement d’outils pour dépasser ce compromis en comprenant mieux les facteurs socioécologiques de la transmission. Une combinaison de travail de terrain au Burkina Faso (Afrique de l’Ouest) et d’outils théoriques a été utilisée pour atteindre ce but. Cette thèse établit l’utilisation de modèles mathématiques spatialement explicites de la schistosomiase à l’échelle nationale, permettant d’étudier l’effet de la mobilité humaine et de l’hétérogénéité spatiale des paramètres de transmission. Des échantillonnages écologiques de l’abondance des escargots ont été faits sur trois sites le long du gradient climatique du pays, mis à profit par la modélisation écologique. Une méthodologie novatrice pour la prédiction à grande échelle de l’éphéméralité du réseau fluvial a permis d’améliorer des modèles spatiaux de répartition des espèces d’escargots, et l’analyse de la géographie de la maladie en lien avec des facteurs socio-économiques. Enfin, des enquêtes et des ateliers participatifs ont permis d’appréhender les schémas de contact avec l’eau à l’échelle locale. Les résultats obtenus justifient l’hypothèse selon laquelle l’hydrologie est un facteur crucial dans la transmission de la maladie. L’analyse de la stabilité du modèle spatialement explicite a permis de mieux comprendre l’impact de l’expansion de l’habitat des escargots du au développement des ressources en eau, soulignant l’interaction entre les liés à la mobilité humaine. Les modèles de l’écologie des escargots ont mis en évidence des oscillations différées de la population des escargots entre les habitats permanents et éphémères, correctement reproduits par les modèles à l’échelle nationale. Les prédictions de d'éphéméralité ont permis de mieux prédire les zones de présence des escargots, reflétant la géographie de la maladie. Enfin, une association à l’échelle nationale avec le risque de la maladie a été observée, probablement en raison de l’agrégation des contacts avec l’eau, comme le prouvent les résultats obtenus au niveau des villages. L’incorporation future de ces résultats écohydrologiques dans des modèles spatialement explicites de la schistosomiase est considérée comme prometteuse pour optimiser les stratégies de lutte et parvenir à son élimination. Abstract : Successful control of schistosomiasis, a waterborne parasitic disease, is challenged by the intricacy of the worm’s lifecyclewhich depends on aquatic snail intermediate hosts, and involves environmental, ecologic, and socio-economic factors. Current strategies rely on deworming through mass drug administration which however do not protect against reinfection and the persistence of hotspots. It is recognized that multifaceted approaches will be necessary to reach elimination, whose development will require a renewed focus on the disease’s socio-ecological drivers. Taking cue from the hydrological underpinning of these drivers, this Thesis aims at developing an ecohydrological approach to schistosomiasis with a view to identifying and exploiting the points in which its cycle can be broken. Schistosomiasis is a poverty-reinforcing disease affecting more than 150million people in sub-Saharan Africa, being the parasitic disease causing the largest health burden after malaria. However, the impairing morbidity it causes has been undervalued in the past, qualifying it as a neglected tropical disease. Moreover, water resources development often exacerbates transmission, posing scientific and ethical challenges in addressing the ensuing trade-off between economic development and public health. The relevance of this Thesis’ work lies in furthering tools to offset this trade-off by unlocking the predictive appraisal of the socio-ecological drivers of transmission. An integration of fieldwork applied in Burkina Faso (West Africa) and theoretical methods are employed to address this aim. This Thesis establishes the use of spatially-explicit mathematical models of schistosomiasis at the national-scale, allowing to study the effect of human mobility and spatial heterogeneity of transmission parameters. Weekly ecological samplings of snail abundance and continuous environmental monitoring were preformed at three sites along the country’s climatic gradient, leveraged through ecological modeling. A novel methodology for the large-scale prediction of river network ephemerality allowed for refined snail species distributions models, and the analysis of the disease’s geography in link with socio-economic covariates. Finally, surveys and participatory workshops shed light on local-scale water contact patterns. The obtained results substantiate the stance that hydrology is a first-order control of disease transmission. Stability analysis of the spatially-explicit model generated additional insight into the impact of the expansion of suitable snail habitat due to water resources development, highlighting the interplay between local and country-wide effects driven by human mobility. Models of snail ecology highlighted key hydrological drivers, along with disputed density feedbacks. Uncovered phase shifts between permanent and ephemeral habitats were adequately reproduced at the national scale through model regionalization. Characterization and predictions of hydrological ephemerality improved the estimation of the snails’ ecological range, mirroring the disease’s geography. Finally a national-scale association between ephemerality and disease risk was observed, possibly due to human-water contacts aggregation, as supported by preliminary results at village-level. The future incorporation of these eco-hydrological findings into spatially-explicitmodels of schistosomiasis is considered promising for optimizing control strategies and attaining its elimination. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. A field-based modelling framework of the ecohydrology of schistosomiasis [texte imprimé] / Francisco Javier PEREZ-SAEZ . - 2017 . - 203 p. Langues : Français (fre) Résumé : Le succès du contrôle de la schistosomiase, une maladie d’origine hydrique, dépend de la capacité a agir sur la complexité du cycle de vie du parasite qui dépend d’escargots aquatiques comme hôtes intermédiaires, et implique des facteurs environnementaux, écologiques et socio-économiques. Les stratégies actuelles reposent l’administration de masse de médicaments qui, cependant, ne protègent pas contre la réinfection. Il est reconnu qu’une approches multisectorielles sera nécessaire pour éliminer la maladie, mais nécessitera une attention renouvelée sur ses aspects socio-écologiques. Misant sur le lien entre l’hydrologie et la transmission de la maladie, cette thèse vise à développer une approche écohydrologique de la schistosomiase en vue d’identifier et d’exploiter les levier pour interrompre sa transmission. La schistosomiase est une maladie affectant plus de 150 millions de personnes en Afrique subsaharienne. Cependant, la morbidité qui en découle a été sous-évaluée dans le passé. De plus, le développement des ressources en eau exacerbe souvent la transmission, ce qui pose des défis scientifiques et éthiques dans l’arbitrage qui s’ensuit entre le développement économique et la santé publique. Cette thèse vies donc aux développement d’outils pour dépasser ce compromis en comprenant mieux les facteurs socioécologiques de la transmission. Une combinaison de travail de terrain au Burkina Faso (Afrique de l’Ouest) et d’outils théoriques a été utilisée pour atteindre ce but. Cette thèse établit l’utilisation de modèles mathématiques spatialement explicites de la schistosomiase à l’échelle nationale, permettant d’étudier l’effet de la mobilité humaine et de l’hétérogénéité spatiale des paramètres de transmission. Des échantillonnages écologiques de l’abondance des escargots ont été faits sur trois sites le long du gradient climatique du pays, mis à profit par la modélisation écologique. Une méthodologie novatrice pour la prédiction à grande échelle de l’éphéméralité du réseau fluvial a permis d’améliorer des modèles spatiaux de répartition des espèces d’escargots, et l’analyse de la géographie de la maladie en lien avec des facteurs socio-économiques. Enfin, des enquêtes et des ateliers participatifs ont permis d’appréhender les schémas de contact avec l’eau à l’échelle locale. Les résultats obtenus justifient l’hypothèse selon laquelle l’hydrologie est un facteur crucial dans la transmission de la maladie. L’analyse de la stabilité du modèle spatialement explicite a permis de mieux comprendre l’impact de l’expansion de l’habitat des escargots du au développement des ressources en eau, soulignant l’interaction entre les liés à la mobilité humaine. Les modèles de l’écologie des escargots ont mis en évidence des oscillations différées de la population des escargots entre les habitats permanents et éphémères, correctement reproduits par les modèles à l’échelle nationale. Les prédictions de d'éphéméralité ont permis de mieux prédire les zones de présence des escargots, reflétant la géographie de la maladie. Enfin, une association à l’échelle nationale avec le risque de la maladie a été observée, probablement en raison de l’agrégation des contacts avec l’eau, comme le prouvent les résultats obtenus au niveau des villages. L’incorporation future de ces résultats écohydrologiques dans des modèles spatialement explicites de la schistosomiase est considérée comme prometteuse pour optimiser les stratégies de lutte et parvenir à son élimination. Abstract : Successful control of schistosomiasis, a waterborne parasitic disease, is challenged by the intricacy of the worm’s lifecyclewhich depends on aquatic snail intermediate hosts, and involves environmental, ecologic, and socio-economic factors. Current strategies rely on deworming through mass drug administration which however do not protect against reinfection and the persistence of hotspots. It is recognized that multifaceted approaches will be necessary to reach elimination, whose development will require a renewed focus on the disease’s socio-ecological drivers. Taking cue from the hydrological underpinning of these drivers, this Thesis aims at developing an ecohydrological approach to schistosomiasis with a view to identifying and exploiting the points in which its cycle can be broken. Schistosomiasis is a poverty-reinforcing disease affecting more than 150million people in sub-Saharan Africa, being the parasitic disease causing the largest health burden after malaria. However, the impairing morbidity it causes has been undervalued in the past, qualifying it as a neglected tropical disease. Moreover, water resources development often exacerbates transmission, posing scientific and ethical challenges in addressing the ensuing trade-off between economic development and public health. The relevance of this Thesis’ work lies in furthering tools to offset this trade-off by unlocking the predictive appraisal of the socio-ecological drivers of transmission. An integration of fieldwork applied in Burkina Faso (West Africa) and theoretical methods are employed to address this aim. This Thesis establishes the use of spatially-explicit mathematical models of schistosomiasis at the national-scale, allowing to study the effect of human mobility and spatial heterogeneity of transmission parameters. Weekly ecological samplings of snail abundance and continuous environmental monitoring were preformed at three sites along the country’s climatic gradient, leveraged through ecological modeling. A novel methodology for the large-scale prediction of river network ephemerality allowed for refined snail species distributions models, and the analysis of the disease’s geography in link with socio-economic covariates. Finally, surveys and participatory workshops shed light on local-scale water contact patterns. The obtained results substantiate the stance that hydrology is a first-order control of disease transmission. Stability analysis of the spatially-explicit model generated additional insight into the impact of the expansion of suitable snail habitat due to water resources development, highlighting the interplay between local and country-wide effects driven by human mobility. Models of snail ecology highlighted key hydrological drivers, along with disputed density feedbacks. Uncovered phase shifts between permanent and ephemeral habitats were adequately reproduced at the national scale through model regionalization. Characterization and predictions of hydrological ephemerality improved the estimation of the snails’ ecological range, mirroring the disease’s geography. Finally a national-scale association between ephemerality and disease risk was observed, possibly due to human-water contacts aggregation, as supported by preliminary results at village-level. The future incorporation of these eco-hydrological findings into spatially-explicitmodels of schistosomiasis is considered promising for optimizing control strategies and attaining its elimination.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Etude du fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère sédimentaire du bassin du Kou au sud-ouest du Burkina Faso / Justine YOFE - TIROGO 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Etude du fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère sédimentaire du bassin du Kou au sud-ouest du Burkina Faso Type de document : texte imprimé Auteurs : Justine YOFE - TIROGO Année de publication : 2016 Importance : 261p. Langues : Français (fre) Résumé : L’Afrique de l'Ouest est sujette à une variabilité climatique importante et elle connaît une longue période de sécheresse depuis les années 1970 dont l’impact sur les ressources en eau de surface est bien documenté. Quant aux ressources en eau souterraine, bien qu’elles représentent la principale source d'eau pour les usages domestiques, agricoles et industriels dans la plupart des pays de cette région, l’impact du climat sur ces dernières reste peu étudié. La présente étude porte sur le bassin versant du Kou au Burkina Faso. Situé dans la zone soudanienne, il abrite une grande ressource en eau souterraine qui est à l’origine des sources exceptionnelles dans la région ouest-africaine (plus de 6000 m3/h en 2011). Cette ressource, essentielle pour les besoins de la population, présente pourtant des signes d'épuisement (diminution du débit des sources et même tarissement de certaines sources, diminution du débit de base des rivières) qui soulèvent une question essentielle, à savoir : quelle est la cause de l'épuisement de cette ressource et son lien avec la variabilité climatique observée dans la région ? Pour répondre à cette question nous avons utilisé des méthodes d’analyse statistique et la modélisation hydrogéologique. Les méthodes statistiques appliquées aux chroniques de données climatiques, hydrométriques et piézométriques ont permis de caractériser la variabilité du climat dans la zone d’étude, de décrire la réponse des eaux souterraines face à cette variabilité et d’identifier les facteurs explicatifs potentiels du comportement de la nappe. Ces analyses ont montré que les précipitations ont connu une rupture significative en 1970 marquée par un déficit pluviométrique de 11-16 % qui a entraîné un déficit trois fois plus élevé sur l’écoulement de surface et sur le débit de base. Une reprise de la pluviométrie semble s’amorcer vers 1990 (augmentation de 4-11 %). Suite à cette reprise, le débit de certaines rivières telles que le Mouhoun à Samendéni a augmenté avec un léger retard par rapport aux précipitations à cause de la lenteur de l'écoulement de base tandis que pour d’autres rivières telles que la rivière Kou à Nasso, le flux a régulièrement diminué. En outre, l'analyse a montré que les eaux souterraines répondent à la pluviométrie avec retard. Le temps de réponse aux fluctuations saisonnières varie de 1 à 4 mois et le temps de réponse aux variations interannuelles dépasse le délai de 1 an. Cette réponse est fortement dépendante des caractéristiques physiques de l'aquifère, ce qui pourrait expliquer l'hétérogénéité spatiale de la réponse des eaux souterraines. La modélisation hydrogéologique a complété les méthodes statistiques et pallié leurs limites par une meilleure prise en compte de l’hétérogénéité spatiale des caractéristiques de l’aquifère et de certains facteurs tels que les pompages qui pourraient influencer le niveau de la nappe. Le modèle réalisé sur Visual Modflow est d’abord calé en régime permanent sur la période 1995-1999 puis évalué avec les données de basses eaux et de hautes eaux de 2014. Grâce au régime permanent calé de manière satisfaisante, les principaux flux qui transitent dans le système ont été estimés. On retient que les flux d’eau entrants proviennent de la recharge de la nappe (49 %) et des frontières du domaine, surtout de l’amont au sud et à l’ouest (42 %), et les flux sortants sont dus aux sources, à la rivière et ses affluents (24 %), et aux pompages qui ne représentent que 2 %. Le reste des flux (74 %) sort via le Mouhoun et la frontière aval du domaine. Les simulations en régime transitoire à un pas de temps mensuel de 1995 à 2014 ont montré qu’au cours de cette période, le niveau de la nappe a connu des variations non seulement et surtout liées à la variation de la recharge mais aussi à l’augmentation des pompages. En effet, même si les pompages ne représentent que moins de 5 % du total des flux, le fonctionnement en régime transitoire indique que ceux-ci ont entraîné une baisse du niveau de la nappe avec pour conséquence une accentuation de la diminution du débit des sources. Entre 1995 et 2014, le débit des sources Guinguette (1,8 m3/s en 1992) et ONEA1 et 2 (0,5 m3/s en 1993) a diminué respectivement de 0,3 m3/s et 0,1 m3/s et les pompages ont causé près de 40 % de cette baisse. Les simulations en régime transitoire de la période 1961 à 2014 ont montré que la succession d’années sèches à partir des années 1970 a causé une baisse du niveau de la nappe entraînant une diminution importante du débit des sources, 1,1 m3/s pour la Guinguette et 0,23 m3/s pour ONEA 1 et 2. En l’absence d’une nette amélioration des conditions climatiques, la tendance à la baisse se poursuit jusqu’à nos jours. Ainsi, les mauvaises conditions climatiques combinées aux pompages qui sont en croissance continue mettent en péril la ressource. La gestion de cette dernière dans une perspective de durabilité devrait donc revêtir une attention particulière. Abstract : West Africa is prone to climate variability and since the 1970s it has been experiencing a long period of drought whose impact on surface water resources is well documented. As for groundwater resources, although they are the main source of water for domestic, agricultural and industrial uses in most countries in the region, the impact of climate on them remains little studied. This study focuses on the Kou catchment in Burkina Faso. Located in the Sudanian region, the catchment holds a large groundwater resource that lies at the root of exceptional springs, recognized as such across western Africa because of their flow (over 6000 m3/h in 2011). This resource, essential to fulfill the populations’ needs, shows signs of depletion (decrease in springs’ flow and even drying up of some springs, decrease in the rivers’ base flow) which raise a critical question, namely: what is the cause of the depletion of this resource and its nexus with the climate variability observed in the region? To answer this question, we used statistical analysis methods and hydrogeological modeling. The statistical methods applied to climatic, hydrometric and groundwater level time series led to characterize the studied area’s climate variability, to describe the groundwater’s response to this variability and to identify the potential factors that explain the groundwater’s behaviour. The analyses showed that rainfall underwent a significant break in 1970 with an 11-16 % deficit which in turn resulted in a deficit three times greater for both surface runoff and base flow. A recovery in rainfall seems to start around 1990 (increase by 4-11 %). Following this recovery, the flow of some rivers such as the Mouhoun in Samendéni increased with a slight delay compared to rainfall because of the slowness of the base flow while for other rivers such as the Kou river in Nasso, the flow has steadily declined. Typically, the analyses showed that groundwater respond to rainfall albeit with a delay. The response time to seasonal fluctuations ranges from 1 to 4 months and the response time to interannual variations exceeds the timescale of 1 year. This response is highly dependent on the local aquifer’s physical characteristics, which could explain the spatial heterogeneity of the groundwater response. Hydrogeological modeling aimed at complementing the statistical methods and overcoming their limitations by better taking into account the spatial heterogeneity of the aquifer’s characteristics and some factors such as pumping that can influence the level of the groundwater. The model performed on Visual Modflow is first calibrated in steady-state over the period 1995-1999 and assessed with low water and high water data in 2014. With this steady-state model satisfactorily calibrated, the main flows passing through the system were estimated. The inflows come from groundwater recharge (49 %) and from the boundaries of the area, especially from the upstream in the southern and western sides (42 %), and the outflows are due to springs, the river and its tributaries (24 %), and to pumping that account for 2 % only. The rest of the flow (74 %) is drained via the Mouhoun and the downstream boundary of the domain. Monthly timescale simulations in transient state over the period 1995-2014 showed that the fluctuations of the groundwater level are mainly due to changes in recharge and that the increased pumping also contributes to these fluctuations. Even if pumping represent less than 5 % of the total flow, the functioning of the system at transient state indicates that these have lowered the groundwater level which in turn resulted into a reduction of the springs’ flow. Between 1995 and 2014, the flow of the springs Guinguette (1.8 m3/s in 1992) and ONEA 1 and 2 (0.5 m3/s in 1993) decreased respectively by 0.3 m3/s and 0.1 m3/s, and pumping caused 40% of the decrease. Simulations in transient state over the period 1961-2014 showed that the succession of dry years from 1970 onward caused a decline in the groundwater level resulting in a significant decrease in springs’ flow, 1.1 m3/s for Guinguette and 0.23 m3/s for ONEA 1 and 2. For the climatic conditions has not improved, the downward trend continues to date. Thus, adverse weather combined with growing pumping continuously endangers the resource. The sustainability of the resource should therefore be a core issue to pay attention to in the management framework. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Etude du fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère sédimentaire du bassin du Kou au sud-ouest du Burkina Faso [texte imprimé] / Justine YOFE - TIROGO . - 2016 . - 261p. Langues : Français (fre) Résumé : L’Afrique de l'Ouest est sujette à une variabilité climatique importante et elle connaît une longue période de sécheresse depuis les années 1970 dont l’impact sur les ressources en eau de surface est bien documenté. Quant aux ressources en eau souterraine, bien qu’elles représentent la principale source d'eau pour les usages domestiques, agricoles et industriels dans la plupart des pays de cette région, l’impact du climat sur ces dernières reste peu étudié. La présente étude porte sur le bassin versant du Kou au Burkina Faso. Situé dans la zone soudanienne, il abrite une grande ressource en eau souterraine qui est à l’origine des sources exceptionnelles dans la région ouest-africaine (plus de 6000 m3/h en 2011). Cette ressource, essentielle pour les besoins de la population, présente pourtant des signes d'épuisement (diminution du débit des sources et même tarissement de certaines sources, diminution du débit de base des rivières) qui soulèvent une question essentielle, à savoir : quelle est la cause de l'épuisement de cette ressource et son lien avec la variabilité climatique observée dans la région ? Pour répondre à cette question nous avons utilisé des méthodes d’analyse statistique et la modélisation hydrogéologique. Les méthodes statistiques appliquées aux chroniques de données climatiques, hydrométriques et piézométriques ont permis de caractériser la variabilité du climat dans la zone d’étude, de décrire la réponse des eaux souterraines face à cette variabilité et d’identifier les facteurs explicatifs potentiels du comportement de la nappe. Ces analyses ont montré que les précipitations ont connu une rupture significative en 1970 marquée par un déficit pluviométrique de 11-16 % qui a entraîné un déficit trois fois plus élevé sur l’écoulement de surface et sur le débit de base. Une reprise de la pluviométrie semble s’amorcer vers 1990 (augmentation de 4-11 %). Suite à cette reprise, le débit de certaines rivières telles que le Mouhoun à Samendéni a augmenté avec un léger retard par rapport aux précipitations à cause de la lenteur de l'écoulement de base tandis que pour d’autres rivières telles que la rivière Kou à Nasso, le flux a régulièrement diminué. En outre, l'analyse a montré que les eaux souterraines répondent à la pluviométrie avec retard. Le temps de réponse aux fluctuations saisonnières varie de 1 à 4 mois et le temps de réponse aux variations interannuelles dépasse le délai de 1 an. Cette réponse est fortement dépendante des caractéristiques physiques de l'aquifère, ce qui pourrait expliquer l'hétérogénéité spatiale de la réponse des eaux souterraines. La modélisation hydrogéologique a complété les méthodes statistiques et pallié leurs limites par une meilleure prise en compte de l’hétérogénéité spatiale des caractéristiques de l’aquifère et de certains facteurs tels que les pompages qui pourraient influencer le niveau de la nappe. Le modèle réalisé sur Visual Modflow est d’abord calé en régime permanent sur la période 1995-1999 puis évalué avec les données de basses eaux et de hautes eaux de 2014. Grâce au régime permanent calé de manière satisfaisante, les principaux flux qui transitent dans le système ont été estimés. On retient que les flux d’eau entrants proviennent de la recharge de la nappe (49 %) et des frontières du domaine, surtout de l’amont au sud et à l’ouest (42 %), et les flux sortants sont dus aux sources, à la rivière et ses affluents (24 %), et aux pompages qui ne représentent que 2 %. Le reste des flux (74 %) sort via le Mouhoun et la frontière aval du domaine. Les simulations en régime transitoire à un pas de temps mensuel de 1995 à 2014 ont montré qu’au cours de cette période, le niveau de la nappe a connu des variations non seulement et surtout liées à la variation de la recharge mais aussi à l’augmentation des pompages. En effet, même si les pompages ne représentent que moins de 5 % du total des flux, le fonctionnement en régime transitoire indique que ceux-ci ont entraîné une baisse du niveau de la nappe avec pour conséquence une accentuation de la diminution du débit des sources. Entre 1995 et 2014, le débit des sources Guinguette (1,8 m3/s en 1992) et ONEA1 et 2 (0,5 m3/s en 1993) a diminué respectivement de 0,3 m3/s et 0,1 m3/s et les pompages ont causé près de 40 % de cette baisse. Les simulations en régime transitoire de la période 1961 à 2014 ont montré que la succession d’années sèches à partir des années 1970 a causé une baisse du niveau de la nappe entraînant une diminution importante du débit des sources, 1,1 m3/s pour la Guinguette et 0,23 m3/s pour ONEA 1 et 2. En l’absence d’une nette amélioration des conditions climatiques, la tendance à la baisse se poursuit jusqu’à nos jours. Ainsi, les mauvaises conditions climatiques combinées aux pompages qui sont en croissance continue mettent en péril la ressource. La gestion de cette dernière dans une perspective de durabilité devrait donc revêtir une attention particulière. Abstract : West Africa is prone to climate variability and since the 1970s it has been experiencing a long period of drought whose impact on surface water resources is well documented. As for groundwater resources, although they are the main source of water for domestic, agricultural and industrial uses in most countries in the region, the impact of climate on them remains little studied. This study focuses on the Kou catchment in Burkina Faso. Located in the Sudanian region, the catchment holds a large groundwater resource that lies at the root of exceptional springs, recognized as such across western Africa because of their flow (over 6000 m3/h in 2011). This resource, essential to fulfill the populations’ needs, shows signs of depletion (decrease in springs’ flow and even drying up of some springs, decrease in the rivers’ base flow) which raise a critical question, namely: what is the cause of the depletion of this resource and its nexus with the climate variability observed in the region? To answer this question, we used statistical analysis methods and hydrogeological modeling. The statistical methods applied to climatic, hydrometric and groundwater level time series led to characterize the studied area’s climate variability, to describe the groundwater’s response to this variability and to identify the potential factors that explain the groundwater’s behaviour. The analyses showed that rainfall underwent a significant break in 1970 with an 11-16 % deficit which in turn resulted in a deficit three times greater for both surface runoff and base flow. A recovery in rainfall seems to start around 1990 (increase by 4-11 %). Following this recovery, the flow of some rivers such as the Mouhoun in Samendéni increased with a slight delay compared to rainfall because of the slowness of the base flow while for other rivers such as the Kou river in Nasso, the flow has steadily declined. Typically, the analyses showed that groundwater respond to rainfall albeit with a delay. The response time to seasonal fluctuations ranges from 1 to 4 months and the response time to interannual variations exceeds the timescale of 1 year. This response is highly dependent on the local aquifer’s physical characteristics, which could explain the spatial heterogeneity of the groundwater response. Hydrogeological modeling aimed at complementing the statistical methods and overcoming their limitations by better taking into account the spatial heterogeneity of the aquifer’s characteristics and some factors such as pumping that can influence the level of the groundwater. The model performed on Visual Modflow is first calibrated in steady-state over the period 1995-1999 and assessed with low water and high water data in 2014. With this steady-state model satisfactorily calibrated, the main flows passing through the system were estimated. The inflows come from groundwater recharge (49 %) and from the boundaries of the area, especially from the upstream in the southern and western sides (42 %), and the outflows are due to springs, the river and its tributaries (24 %), and to pumping that account for 2 % only. The rest of the flow (74 %) is drained via the Mouhoun and the downstream boundary of the domain. Monthly timescale simulations in transient state over the period 1995-2014 showed that the fluctuations of the groundwater level are mainly due to changes in recharge and that the increased pumping also contributes to these fluctuations. Even if pumping represent less than 5 % of the total flow, the functioning of the system at transient state indicates that these have lowered the groundwater level which in turn resulted into a reduction of the springs’ flow. Between 1995 and 2014, the flow of the springs Guinguette (1.8 m3/s in 1992) and ONEA 1 and 2 (0.5 m3/s in 1993) decreased respectively by 0.3 m3/s and 0.1 m3/s, and pumping caused 40% of the decrease. Simulations in transient state over the period 1961-2014 showed that the succession of dry years from 1970 onward caused a decline in the groundwater level resulting in a significant decrease in springs’ flow, 1.1 m3/s for Guinguette and 0.23 m3/s for ONEA 1 and 2. For the climatic conditions has not improved, the downward trend continues to date. Thus, adverse weather combined with growing pumping continuously endangers the resource. The sustainability of the resource should therefore be a core issue to pay attention to in the management framework.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Pyrolyse flash de biomasse lignocellulosique / Simon EIBNER 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Pyrolyse flash de biomasse lignocellulosique : comment catalyser la désoxygénation au cours des mécanismes primaires et secondaires ? Type de document : texte imprimé Auteurs : Simon EIBNER Année de publication : 2015 Importance : 220p. Langues : Français (fre) Résumé : Pyrolyse flash de biomasse lignocellulosique : comment catalyser la désoxygénation au cours des mécanismes primaires et secondaires ? La pyrolyse flash est un procédé attrayant pour convertir la biomasse lignocellulosique en bio-huiles, intermédiaires énergétiques potentiellement valorisables en biocarburants et/ou intermédiaires chimiques. L’émergence d’une telle filière requiert la mise au point d’une stratégie catalytique efficace et innovante qui permette de diminuer la teneur en oxygène des bio-huiles. Notre démarche a consisté à tester si l’imprégnation d’un précurseur catalytique dans la biomasse permet d’agir sur les mécanismes primaires afin de favoriser la désoxygénation. Puis, nous avons cherché à favoriser le craquage catalytique des vapeurs de pyrolyse en utilisant un catalyseur hétérogène. Nos travaux montrent que la pyrolyse de biomasse imprégnée avec des sels de nitrates - Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn et Ce - favorise principalement la dépolymérisation de la cellulose aux dépens de sa fragmentation. En outre, la présence d’anions nitrate catalyse la formation d’anhydrosaccharides déshydratés, employés pour synthétiser des molécules complexes. Après pyrolyse, un support carboné contenant des nanoparticules métalliques est obtenu et peut être valorisé pour catalyser la désoxygénation de molécules modèles en phase vapeur. Néanmoins, l’activité catalytique de ces charbons est limitée par leur faible surface spécifique, comme le montre la comparaison avec un charbon actif commercial contenant des nanoparticules métalliques. Parmi les métaux testés, le catalyseur à base de cérine s’avère très efficace pour réduire l’acidité des bio-huiles et catalyser la formation de dérivés phénoliques. De plus, ce catalyseur de craquage catalytique permet de réduire la teneur en oxygène de l’huile de pyrolyse et d’augmenter sa densité énergétique. Ce résultat encourageant suggère que le craquage catalytique pourrait être mis en oeuvre en complément de l’hydrodésoxygénation dans une filière de production de biocarburants. Cette alternative permet de réduire le coût de l’hydrodésoxygénation et notamment la consommation de dihydrogène. Abstract : Flash pyrolysis of lignocellulosic biomass: is it possible to catalyse deoxygenation reactions during primary or secondary mechanisms? Flash pyrolysis of biomass is seen as a new way to produce bio-oils which can be converted to biofuels and chemicals. However, development of such pyrolysis processes requires implementation of an efficient and innovative catalytic strategy to deoxygenate bio-oils. Pyrolysis mechanisms involve both biomass degradation reactions - primary mechanisms - and gas phase reactions - secondary mechanisms -. As a consequence, our work has been directed along two research lines. First, we tested whether impregnating a catalyst precursor in the biomass can act on the primary pyrolysis mechanisms in order to promote deoxygenation. Then we sought to enhance the catalytic cracking of pyrolysis vapours using a heterogeneous catalyst. Pyrolysis experiments of impregnated biomass show that metal nitrate salts - Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn and Ce – mainly enhance cellulose depolymerisation at the expense of its fragmentation. Moreover, nitrate anions inserted in biomass promote the production of dehydrated anhydrosugars which can be used to synthesize value-added molecules. Pyrolysis of impregnated biomass also results in the formation of a catalytically active charcoal containing metal nanoparticles. Those charcoals were successfully employed to catalyse the deoxygenation of model vapour phase compounds. However, it was found that the catalytic activity of these charcoals was limited by their low specific surface area, in comparison with the measured performance measured for commercially available activated charcoal containing metal nanoparticles. Among the tested metals, the ceria-based catalyst was found both to efficiently reduce bio-oil acidity and to enhance phenol yields. Additionally, this catalytic cracking catalyst reduces the oxygen content in the pyrolysis bio-oil and increases its heating value. This encouraging result suggests that catalytic vapour cracking could be integrated in a hydrodeoxygenation-based process to produce biofuels. This option should reduce the cost of hydrodeoxygenation and in particular the hydrogen consumption. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Pyrolyse flash de biomasse lignocellulosique : comment catalyser la désoxygénation au cours des mécanismes primaires et secondaires ? [texte imprimé] / Simon EIBNER . - 2015 . - 220p. Langues : Français (fre) Résumé : Pyrolyse flash de biomasse lignocellulosique : comment catalyser la désoxygénation au cours des mécanismes primaires et secondaires ? La pyrolyse flash est un procédé attrayant pour convertir la biomasse lignocellulosique en bio-huiles, intermédiaires énergétiques potentiellement valorisables en biocarburants et/ou intermédiaires chimiques. L’émergence d’une telle filière requiert la mise au point d’une stratégie catalytique efficace et innovante qui permette de diminuer la teneur en oxygène des bio-huiles. Notre démarche a consisté à tester si l’imprégnation d’un précurseur catalytique dans la biomasse permet d’agir sur les mécanismes primaires afin de favoriser la désoxygénation. Puis, nous avons cherché à favoriser le craquage catalytique des vapeurs de pyrolyse en utilisant un catalyseur hétérogène. Nos travaux montrent que la pyrolyse de biomasse imprégnée avec des sels de nitrates - Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn et Ce - favorise principalement la dépolymérisation de la cellulose aux dépens de sa fragmentation. En outre, la présence d’anions nitrate catalyse la formation d’anhydrosaccharides déshydratés, employés pour synthétiser des molécules complexes. Après pyrolyse, un support carboné contenant des nanoparticules métalliques est obtenu et peut être valorisé pour catalyser la désoxygénation de molécules modèles en phase vapeur. Néanmoins, l’activité catalytique de ces charbons est limitée par leur faible surface spécifique, comme le montre la comparaison avec un charbon actif commercial contenant des nanoparticules métalliques. Parmi les métaux testés, le catalyseur à base de cérine s’avère très efficace pour réduire l’acidité des bio-huiles et catalyser la formation de dérivés phénoliques. De plus, ce catalyseur de craquage catalytique permet de réduire la teneur en oxygène de l’huile de pyrolyse et d’augmenter sa densité énergétique. Ce résultat encourageant suggère que le craquage catalytique pourrait être mis en oeuvre en complément de l’hydrodésoxygénation dans une filière de production de biocarburants. Cette alternative permet de réduire le coût de l’hydrodésoxygénation et notamment la consommation de dihydrogène. Abstract : Flash pyrolysis of lignocellulosic biomass: is it possible to catalyse deoxygenation reactions during primary or secondary mechanisms? Flash pyrolysis of biomass is seen as a new way to produce bio-oils which can be converted to biofuels and chemicals. However, development of such pyrolysis processes requires implementation of an efficient and innovative catalytic strategy to deoxygenate bio-oils. Pyrolysis mechanisms involve both biomass degradation reactions - primary mechanisms - and gas phase reactions - secondary mechanisms -. As a consequence, our work has been directed along two research lines. First, we tested whether impregnating a catalyst precursor in the biomass can act on the primary pyrolysis mechanisms in order to promote deoxygenation. Then we sought to enhance the catalytic cracking of pyrolysis vapours using a heterogeneous catalyst. Pyrolysis experiments of impregnated biomass show that metal nitrate salts - Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn and Ce – mainly enhance cellulose depolymerisation at the expense of its fragmentation. Moreover, nitrate anions inserted in biomass promote the production of dehydrated anhydrosugars which can be used to synthesize value-added molecules. Pyrolysis of impregnated biomass also results in the formation of a catalytically active charcoal containing metal nanoparticles. Those charcoals were successfully employed to catalyse the deoxygenation of model vapour phase compounds. However, it was found that the catalytic activity of these charcoals was limited by their low specific surface area, in comparison with the measured performance measured for commercially available activated charcoal containing metal nanoparticles. Among the tested metals, the ceria-based catalyst was found both to efficiently reduce bio-oil acidity and to enhance phenol yields. Additionally, this catalytic cracking catalyst reduces the oxygen content in the pyrolysis bio-oil and increases its heating value. This encouraging result suggests that catalytic vapour cracking could be integrated in a hydrodeoxygenation-based process to produce biofuels. This option should reduce the cost of hydrodeoxygenation and in particular the hydrogen consumption.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Variabilité climatique et gestion des ressources naturelles dans une zone humide tropicale / Aida ZARE 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Variabilité climatique et gestion des ressources naturelles dans une zone humide tropicale : une approche intégrée appliquée au cas du delta intérieur du fleuve Niger (Mali) Type de document : texte imprimé Auteurs : Aida ZARE Année de publication : 2015 Importance : 213p. Langues : Français (fre) Mots-clés : Delta intérieur du fleuve Niger, variabilité climatique, stratégie de gestion, incitation économique, prévision climatique Keywords: inland delta of the Niger River, climate variability, management strategy, economic incentives, climate forecasting Résumé : Les sécheresses des années 1970 accentuées dans les années 1980 et les aménagements hydroagricoles ont eu pour conséquence une certaine dégradation des ressources naturelles du delta intérieur du fleuve Niger (DIN). Cette dégradation des ressources naturelles associées à la pression croissante de la population sur le milieu a conduit à une gestion conflictuelle de ces ressources. De plus, le système d’exploitation actuel des ressources et le fonctionnement hydrologique font du DIN un écosystème complexe à gérer. Dans ces travaux, nous adoptons une approche intégrée et pluridisciplinaire pour aborder la problématique de gestion des ressources du DIN. L’approche mobilise l’hydrologie, la sociologie, l’agronomie et l’économie. L’analyse des données hydrologiques a permis de mettre en évidence une différence significative entre les dates de passage des maximums des fleuves Niger et Bani qui alimentent le DIN. Cette différence impacte les calendriers des principaux systèmes de production contribuant ainsi à exacerber les conflits. Les stratégies de gestion élaborées avec les parties prenantes, allient des pratiques de sécurisation et de maîtrise de l’eau, d’intensification, de régénération des ressources, de renforcement des capacités et des incitations économiques. Par ailleurs, dans un contexte de variabilité climatique accrue, nous avons analysé les perceptions d’un échantillon de pêcheurs, d’éleveurs et de cultivateurs sur la prévision du climat et sur l’intérêt des prévisions climatiques et des crues. Il apparaît que les besoins en information climatique des usagers d’une plaine inondable comme le DIN se rapportent surtout aux dates de début de saison, de passage des maximums de crue, de la date d’arrivée des crues et des hauteurs maximales de crue. L’intérêt économique simulé de l’information climatique pour un système agraire de riziculture inondée présente un gain moyen de 10%. Par contre, le coût des éventuelles erreurs de prévision serait particulièrement élevé pour les producteurs avec un déficit moyen sur le revenu de 24%.   Abstract : The droughts of the 1970s intensified in the 1980s and the development of irrigation schemes upstream of the Inner Niger Delta in Mali (IND) have resulted in the degradation of natural resources. This degradation of natural resources associated with the increasing population pressure on the environment has led to a more conflictive management of these resources. In addition, the current operating system of resources and the hydrological functioning of the IND make the management of the ecosystem more complex. In this work, we adopt an integrated and multidisciplinary approach to address the IND resource management issues. The approach mobilizes hydrology, sociology, agronomy and economy. The analysis of hydrological data has highlighted a significant difference between the maximum passing dates of the two rivers that supply the IND. This difference impacts the schedules of the main production systems thus contributing to exacerbate conflict. The management strategies developed with stakeholders combine the practices of security and water control, intensification, resource regeneration, capacity building and economic incentives. Moreover, in a context of increased climate variability, we analyzed the perceptions of a sample of fishermen, herders and farmers on climate prediction and their interest of climate and flood forecasts. It appears that the need for climate information of floodplain users as IND relate mainly to the onset date of rainy season, flood maximum passaging date, the arrival of floods and flood peak heights. The simulated economic value of climate information for an agrarian system of flooded rice obtains an average gain of 10%. As against the cost of possible prediction errors is particularly high for producers with an average deficit on income of 24%. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Variabilité climatique et gestion des ressources naturelles dans une zone humide tropicale : une approche intégrée appliquée au cas du delta intérieur du fleuve Niger (Mali) [texte imprimé] / Aida ZARE . - 2015 . - 213p. Langues : Français (fre) Mots-clés : Delta intérieur du fleuve Niger, variabilité climatique, stratégie de gestion, incitation économique, prévision climatique Keywords: inland delta of the Niger River, climate variability, management strategy, economic incentives, climate forecasting Résumé : Les sécheresses des années 1970 accentuées dans les années 1980 et les aménagements hydroagricoles ont eu pour conséquence une certaine dégradation des ressources naturelles du delta intérieur du fleuve Niger (DIN). Cette dégradation des ressources naturelles associées à la pression croissante de la population sur le milieu a conduit à une gestion conflictuelle de ces ressources. De plus, le système d’exploitation actuel des ressources et le fonctionnement hydrologique font du DIN un écosystème complexe à gérer. Dans ces travaux, nous adoptons une approche intégrée et pluridisciplinaire pour aborder la problématique de gestion des ressources du DIN. L’approche mobilise l’hydrologie, la sociologie, l’agronomie et l’économie. L’analyse des données hydrologiques a permis de mettre en évidence une différence significative entre les dates de passage des maximums des fleuves Niger et Bani qui alimentent le DIN. Cette différence impacte les calendriers des principaux systèmes de production contribuant ainsi à exacerber les conflits. Les stratégies de gestion élaborées avec les parties prenantes, allient des pratiques de sécurisation et de maîtrise de l’eau, d’intensification, de régénération des ressources, de renforcement des capacités et des incitations économiques. Par ailleurs, dans un contexte de variabilité climatique accrue, nous avons analysé les perceptions d’un échantillon de pêcheurs, d’éleveurs et de cultivateurs sur la prévision du climat et sur l’intérêt des prévisions climatiques et des crues. Il apparaît que les besoins en information climatique des usagers d’une plaine inondable comme le DIN se rapportent surtout aux dates de début de saison, de passage des maximums de crue, de la date d’arrivée des crues et des hauteurs maximales de crue. L’intérêt économique simulé de l’information climatique pour un système agraire de riziculture inondée présente un gain moyen de 10%. Par contre, le coût des éventuelles erreurs de prévision serait particulièrement élevé pour les producteurs avec un déficit moyen sur le revenu de 24%.   Abstract : The droughts of the 1970s intensified in the 1980s and the development of irrigation schemes upstream of the Inner Niger Delta in Mali (IND) have resulted in the degradation of natural resources. This degradation of natural resources associated with the increasing population pressure on the environment has led to a more conflictive management of these resources. In addition, the current operating system of resources and the hydrological functioning of the IND make the management of the ecosystem more complex. In this work, we adopt an integrated and multidisciplinary approach to address the IND resource management issues. The approach mobilizes hydrology, sociology, agronomy and economy. The analysis of hydrological data has highlighted a significant difference between the maximum passing dates of the two rivers that supply the IND. This difference impacts the schedules of the main production systems thus contributing to exacerbate conflict. The management strategies developed with stakeholders combine the practices of security and water control, intensification, resource regeneration, capacity building and economic incentives. Moreover, in a context of increased climate variability, we analyzed the perceptions of a sample of fishermen, herders and farmers on climate prediction and their interest of climate and flood forecasts. It appears that the need for climate information of floodplain users as IND relate mainly to the onset date of rainy season, flood maximum passaging date, the arrival of floods and flood peak heights. The simulated economic value of climate information for an agrarian system of flooded rice obtains an average gain of 10%. As against the cost of possible prediction errors is particularly high for producers with an average deficit on income of 24%.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Optimisation paramétrique de la pyrolyse en vue d’améliorer la réactivité des charbons végétaux comme agents réducteurs / Eric Serges NOUMI 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Optimisation paramétrique de la pyrolyse en vue d’améliorer la réactivité des charbons végétaux comme agents réducteurs : applications aux biomasses tropicales Type de document : texte imprimé Auteurs : Eric Serges NOUMI Année de publication : 2016 Importance : 194p. Langues : Français (fre) Mots-clés : charbon végétal, agent réducteur, propriétés physico-mécanique, réactivité au CO2, haut fourneau. Palavras-chave: Carvão, Agente redutor, Propriedades físico-mecânicas, Reatividade ao CO2, Alto-forno. Résumé : Les principaux obstacles à la substitution du coke utilisé comme réducteur dans les hauts fourneaux conventionnels par le charbon végétal sont ses faibles propriétés physico-mécaniques et sa réactivité très élevée. Cependant, cette substitution est la meilleure alternative dans le court terme qui contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. L’étude a consisté à déterminer l’influence de la pression (2-10 bars), de la température de consigne (350 -800 °C) et de la vitesse de chauffe (1-10 °C/min) sur le rendement et la qualité du charbon de bois, en particulier sur sa teneur en carbone fixe, sa densité, sa friabilité, sa résistance à la compression et sa réactivité de CO2. La nature de la matière première à travers l'utilisation de quatre espèces de bois tropical différent a été aussi prise en compte dans cette étude. Les espèces qui ont été utilisées pour cette étude sont l’Acacia, le Cailcédrat, l’Eucalyptus urophylla et l’Eucalyptus camaldulensis. Les résultats obtenus confirment l’effet de la pression sur le rendement en charbon de bois. La teneur en carbone dépend exclusivement de la température de pyrolyse malgré que l'effet de la pression soit positif sur le rendement. Les propriétés physico-mécaniques (densité, friabilité et résistance à l’écrasement) sont influencées exclusivement par la vitesse de chauffe. La réactivité au CO2 des charbons quant à elle est influencée par la température, la pression et la nature de bois. L'augmentation de la pression conduit à l'augmentation de la réactivité tandis que celle de la température conduit à la baisse. Une teneur en cendre élevée dans la biomasse conduit à la production d'un charbon très réactif. L'application de l'optimisation multi critères a permis de déterminer les conditions de pyrolyse optimisant les propriétés thermoréductrices des charbons et le rendement du procédé. Les conditions optimales retenues sont les suivantes : une pression de 6 bars, température de consigne de 600 °C et une vitesse de chauffe de 1 °C/min. Parallèlement à cela, une étude de la relation entre la réactivité au CO2 des charbons végétaux et leurs caractéristiques a été réalisée. Les caractéristiques étudiées sont la teneur en hétéroatomes (ratios atomiques H/C et O/C), la surface spécifique BET, la teneur en cendre et sa composition, la perméabilité, la structure cristalline et la surface réactive. Parmi toutes ces caractéristiques, la surface réactive est celle qui a présenté une corrélation forte avec la réactivité au CO2 des charbons. Par ailleurs, nous avons également confirmé que les métaux alcalins tels que K et Ca ont un effet statistiquement significatif sur la réactivité au CO2 des charbons préparés. Resumo : Os principais obstáculos para a substituição de coque usado como redutor dentro aos altos-fornos convencionais pelo carvão vegetal são as suas propriedades físico-mecânicas baixas e sua reactividade ao CO2 muito elevada. No entanto, esta substituição é a melhor alternativa no curto prazo que contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa. Este estudo consistiu no determinaçaõ a influência da pressão (2-10 bars), a temperatura do conjunto (350 - 800 °C) e a taxa de aquecimento (1-10 °C/min) sobre o rendimento e da qualidade do carvão, em particular sobre o sua teor de carbono fixo, sua densidade, sua friabilidade, sua resistência no compressão e a sua reactividade ao CO2. A natureza da matéria-prima através utilização de quatro madeira tropicais diferentes, também foi considerado em neste estudo. As espécies que têm sido utilizados são o Acacia, o Caïlcédrat, o Eucalyptus urophylla e o Eucalyptus camaldulensis. Os resultados confirmam o efeito da pressão sobre a produção de carvão. O teor de carbono depende exclusivamente da temperatura de pirólise, apesar do efeito positivo da pressão sobre rendimento. As propriedades físico-mecânicas (densidade, friabilidade e resistência ao esmagamento) são exclusivamente influenciados por a taixa de aquecimento. Por sua vez, a reactividade de CO2 do carvão é influenciada pela temperatura, a pressão e a natureza da madeira. O aumentaçaõ da pressão durante pirolisa leva ao aumento da reactividade do carvaõ, enquanto a da temperatura leva a uma diminuição. A biomassa com o teor de cinza elevado produzindo os carvão muito reactif. A aplicação de técnicas de optimização de multi-critérios foi utilizado para determinar as condições de pirólise, que permitem a optimização das propriedades do carvão e o rendimento do processo. Este condições são as seguintes: uma pressão de 6 bars, definido temperatura de 600 °C e uma velocidade de aquecimento de 1 °C/min. Em paralelo com isto, um estudo da relação entre a reactividade ao CO2 do carvão e algumas de suas características foi realizado. As caracteristicas estudados são : o teor do heteroátomo (rátios atómica H/C e O/C), a área superficial específica BET, o teor de cinzas e sua composição, a permeabilidade, a estrutura cristalina e a superfície reactiva. Entre estas caracteristicas, a superfície reactivo é aquele que apresentou uma forte correlação com reactividade ao CO2 do carvão. Além disso, também confirmaram que os metais alcalinos, tais como potássio e cálcio têm um efeito estatisticamente significativo sobre a reactividade. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Optimisation paramétrique de la pyrolyse en vue d’améliorer la réactivité des charbons végétaux comme agents réducteurs : applications aux biomasses tropicales [texte imprimé] / Eric Serges NOUMI . - 2016 . - 194p. Langues : Français (fre) Mots-clés : charbon végétal, agent réducteur, propriétés physico-mécanique, réactivité au CO2, haut fourneau. Palavras-chave: Carvão, Agente redutor, Propriedades físico-mecânicas, Reatividade ao CO2, Alto-forno. Résumé : Les principaux obstacles à la substitution du coke utilisé comme réducteur dans les hauts fourneaux conventionnels par le charbon végétal sont ses faibles propriétés physico-mécaniques et sa réactivité très élevée. Cependant, cette substitution est la meilleure alternative dans le court terme qui contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. L’étude a consisté à déterminer l’influence de la pression (2-10 bars), de la température de consigne (350 -800 °C) et de la vitesse de chauffe (1-10 °C/min) sur le rendement et la qualité du charbon de bois, en particulier sur sa teneur en carbone fixe, sa densité, sa friabilité, sa résistance à la compression et sa réactivité de CO2. La nature de la matière première à travers l'utilisation de quatre espèces de bois tropical différent a été aussi prise en compte dans cette étude. Les espèces qui ont été utilisées pour cette étude sont l’Acacia, le Cailcédrat, l’Eucalyptus urophylla et l’Eucalyptus camaldulensis. Les résultats obtenus confirment l’effet de la pression sur le rendement en charbon de bois. La teneur en carbone dépend exclusivement de la température de pyrolyse malgré que l'effet de la pression soit positif sur le rendement. Les propriétés physico-mécaniques (densité, friabilité et résistance à l’écrasement) sont influencées exclusivement par la vitesse de chauffe. La réactivité au CO2 des charbons quant à elle est influencée par la température, la pression et la nature de bois. L'augmentation de la pression conduit à l'augmentation de la réactivité tandis que celle de la température conduit à la baisse. Une teneur en cendre élevée dans la biomasse conduit à la production d'un charbon très réactif. L'application de l'optimisation multi critères a permis de déterminer les conditions de pyrolyse optimisant les propriétés thermoréductrices des charbons et le rendement du procédé. Les conditions optimales retenues sont les suivantes : une pression de 6 bars, température de consigne de 600 °C et une vitesse de chauffe de 1 °C/min. Parallèlement à cela, une étude de la relation entre la réactivité au CO2 des charbons végétaux et leurs caractéristiques a été réalisée. Les caractéristiques étudiées sont la teneur en hétéroatomes (ratios atomiques H/C et O/C), la surface spécifique BET, la teneur en cendre et sa composition, la perméabilité, la structure cristalline et la surface réactive. Parmi toutes ces caractéristiques, la surface réactive est celle qui a présenté une corrélation forte avec la réactivité au CO2 des charbons. Par ailleurs, nous avons également confirmé que les métaux alcalins tels que K et Ca ont un effet statistiquement significatif sur la réactivité au CO2 des charbons préparés. Resumo : Os principais obstáculos para a substituição de coque usado como redutor dentro aos altos-fornos convencionais pelo carvão vegetal são as suas propriedades físico-mecânicas baixas e sua reactividade ao CO2 muito elevada. No entanto, esta substituição é a melhor alternativa no curto prazo que contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa. Este estudo consistiu no determinaçaõ a influência da pressão (2-10 bars), a temperatura do conjunto (350 - 800 °C) e a taxa de aquecimento (1-10 °C/min) sobre o rendimento e da qualidade do carvão, em particular sobre o sua teor de carbono fixo, sua densidade, sua friabilidade, sua resistência no compressão e a sua reactividade ao CO2. A natureza da matéria-prima através utilização de quatro madeira tropicais diferentes, também foi considerado em neste estudo. As espécies que têm sido utilizados são o Acacia, o Caïlcédrat, o Eucalyptus urophylla e o Eucalyptus camaldulensis. Os resultados confirmam o efeito da pressão sobre a produção de carvão. O teor de carbono depende exclusivamente da temperatura de pirólise, apesar do efeito positivo da pressão sobre rendimento. As propriedades físico-mecânicas (densidade, friabilidade e resistência ao esmagamento) são exclusivamente influenciados por a taixa de aquecimento. Por sua vez, a reactividade de CO2 do carvão é influenciada pela temperatura, a pressão e a natureza da madeira. O aumentaçaõ da pressão durante pirolisa leva ao aumento da reactividade do carvaõ, enquanto a da temperatura leva a uma diminuição. A biomassa com o teor de cinza elevado produzindo os carvão muito reactif. A aplicação de técnicas de optimização de multi-critérios foi utilizado para determinar as condições de pirólise, que permitem a optimização das propriedades do carvão e o rendimento do processo. Este condições são as seguintes: uma pressão de 6 bars, definido temperatura de 600 °C e uma velocidade de aquecimento de 1 °C/min. Em paralelo com isto, um estudo da relação entre a reactividade ao CO2 do carvão e algumas de suas características foi realizado. As caracteristicas estudados são : o teor do heteroátomo (rátios atómica H/C e O/C), a área superficial específica BET, o teor de cinzas e sua composição, a permeabilidade, a estrutura cristalina e a superfície reactiva. Entre estas caracteristicas, a superfície reactivo é aquele que apresentou uma forte correlação com reactividade ao CO2 do carvão. Além disso, também confirmaram que os metais alcalinos, tais como potássio e cálcio têm um efeito estatisticamente significativo sobre a reactividade.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Gestion d’énergie dans les systèmes hybrides PV/DIESEL pour zones isolées et rurales / Gabin Adantchédé KOUCOÏ 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Gestion d’énergie dans les systèmes hybrides PV/DIESEL pour zones isolées et rurales : optimisation et expérimentation Type de document : texte imprimé Auteurs : Gabin Adantchédé KOUCOÏ Année de publication : 2017 Importance : 200p. Langues : Français (fre) Mots-clés : Électrification rurale, Système hybride PV  Diesel, Gestion d’énergie, Coût du kWh, Optimisation, Expérimentation. Rural Electrification, Hybrid PV  Diesel, Energy management, Cost of energy,Optimization, Experimental analysis Résumé : Pour une alimentation électrique fiable et rentable des zones rurales et isolées en Afrique subsaharienne en général et celles de pays de la zone CEDEAO en particulier, les systèmes hybrides photovoltaïques (PV)/Diesel constituent une alternative de plus en plus intéressante aux solutions classiques (Groupes électrogènes et PV purs). Pour ces localités, le coût d’une extension du réseau électrique reste prohibitif. Aujourd’hui, elles sont pour la plupart alimentées soit par des générateurs Diesel ou par des systèmes solaires PV autonomes en fonctionnement individuel et dont les coûts de production restent encore élevés. Au-delà d’un dimensionnement optimal, la fiabilité de l’hybridation de ces sources d’énergie n’est garantie qu’à condition de pouvoir gérer de façon optimale leur flux d’énergie surtout en conditions réelles de fonctionnement. L’objectif de cette thèse est donc de développer des approches de gestion qui permettent d’optimiser la gestion d’énergie dans ces systèmes hybrides PV/Diesel mais également de valider l’opérationnalité de leur mise en œuvre expérimentale. Deux approches de gestion ont été proposées dans le cadre de cette thèse : une approche basée sur des règles prédéfinies et l’autre basée sur l’optimisation par programmation dynamique. Ces deux approches ont été par la suite appliquées pour les différentes configurations de systèmes hybrides PV/Diesel avec et sans batterie de stockage. D’une part, les résultats de simulation issus des analyses comparatives de ces deux approches de gestion appliquées à la localité de Bilgo, située en zone rurale au Burkina Faso ont montré que l’optimisation par programmation dynamique avec comme fonction objectif la minimisation du coût d’opération journalier propose les meilleurs résultats comparée à l’approche basée sur des règles prédéfinies. En effet, une réduction de la quantité de carburant consommée, du coût d’opération journalier, du coût actualisé de l’énergie produite sur la durée de vie du système (LCOE), de la quantité de CO2 émise ainsi qu’une maximisation de l’autoconsommation solaire ont été notées avec l’approche de gestion optimisée. D’autre part, les expérimentations effectuées pour différents scénarii de pénétration PV, grâce à un mini réseau hybride isolé mis en place ont permis de montrer que l’approche de gestion optimisée qui inclut une gestion prédictive et corrective permet d’assurer en temps réel une meilleure répartition des flux de puissances et de garantir une stabilité électrique au système hybride. Abstract : For a reliable and cost-effective electricity supply to rural and remote areas in sub-Saharan Africa in general and especially in ECOWAS region, hybrid photovoltaic (PV)/ Diesel energy systems are an increasingly attractive solution to conventional system (Diesel generator and PV/Battery in standalone). For these areas, the cost of the electricity grid extension remains prohibitive. Nowadays, most of the remote areas are supplied either by diesel generators or by autonomous and standalone solar PV systems whose production costs are still high. Beyond an optimal sizing, the reliability of the hybridization of these energy resources is guaranteed only if they can be optimally managed, especially in real operating conditions. The aim of this thesis is therefore to develop energy management approaches that optimize the power flow dispatch in the hybrid PV/Diesel systems but also to validate the operational capability of their experimental implementation. Two management approaches have been proposed in this thesis: On is rules based strategy and another is developed with dynamic programming method. These approaches were subsequently applied to different configurations of hybrid PV/Diesel systems. The simulation results obtained from the comparative analysis of these two management approaches applied to Bilgo, a rural village located in Burkina Faso, showed that the optimization by dynamic programming considering the minimization of the daily operation cost as objective function offers the best results as compared to the approach with rules based strategy and also to standalone diesel generator. A reduction of the amount of fuel consumed, the daily operating cost, the levelized cost of energy generated over the system’s lifetime (LCOE), the amount of CO2 emitted and a maximizing of solar energy integration were noticed with the optimized management approach. The experiments carried out with various levels of PV penetration, using an experimental hybrid platform, have showed the operational efficiency of the optimized approach. This approach that includes a predictive and corrective control could ensure in real time a good dispatch of power flows and ensure a stability of the hybrid system. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Gestion d’énergie dans les systèmes hybrides PV/DIESEL pour zones isolées et rurales : optimisation et expérimentation [texte imprimé] / Gabin Adantchédé KOUCOÏ . - 2017 . - 200p. Langues : Français (fre) Mots-clés : Électrification rurale, Système hybride PV  Diesel, Gestion d’énergie, Coût du kWh, Optimisation, Expérimentation. Rural Electrification, Hybrid PV  Diesel, Energy management, Cost of energy,Optimization, Experimental analysis Résumé : Pour une alimentation électrique fiable et rentable des zones rurales et isolées en Afrique subsaharienne en général et celles de pays de la zone CEDEAO en particulier, les systèmes hybrides photovoltaïques (PV)/Diesel constituent une alternative de plus en plus intéressante aux solutions classiques (Groupes électrogènes et PV purs). Pour ces localités, le coût d’une extension du réseau électrique reste prohibitif. Aujourd’hui, elles sont pour la plupart alimentées soit par des générateurs Diesel ou par des systèmes solaires PV autonomes en fonctionnement individuel et dont les coûts de production restent encore élevés. Au-delà d’un dimensionnement optimal, la fiabilité de l’hybridation de ces sources d’énergie n’est garantie qu’à condition de pouvoir gérer de façon optimale leur flux d’énergie surtout en conditions réelles de fonctionnement. L’objectif de cette thèse est donc de développer des approches de gestion qui permettent d’optimiser la gestion d’énergie dans ces systèmes hybrides PV/Diesel mais également de valider l’opérationnalité de leur mise en œuvre expérimentale. Deux approches de gestion ont été proposées dans le cadre de cette thèse : une approche basée sur des règles prédéfinies et l’autre basée sur l’optimisation par programmation dynamique. Ces deux approches ont été par la suite appliquées pour les différentes configurations de systèmes hybrides PV/Diesel avec et sans batterie de stockage. D’une part, les résultats de simulation issus des analyses comparatives de ces deux approches de gestion appliquées à la localité de Bilgo, située en zone rurale au Burkina Faso ont montré que l’optimisation par programmation dynamique avec comme fonction objectif la minimisation du coût d’opération journalier propose les meilleurs résultats comparée à l’approche basée sur des règles prédéfinies. En effet, une réduction de la quantité de carburant consommée, du coût d’opération journalier, du coût actualisé de l’énergie produite sur la durée de vie du système (LCOE), de la quantité de CO2 émise ainsi qu’une maximisation de l’autoconsommation solaire ont été notées avec l’approche de gestion optimisée. D’autre part, les expérimentations effectuées pour différents scénarii de pénétration PV, grâce à un mini réseau hybride isolé mis en place ont permis de montrer que l’approche de gestion optimisée qui inclut une gestion prédictive et corrective permet d’assurer en temps réel une meilleure répartition des flux de puissances et de garantir une stabilité électrique au système hybride. Abstract : For a reliable and cost-effective electricity supply to rural and remote areas in sub-Saharan Africa in general and especially in ECOWAS region, hybrid photovoltaic (PV)/ Diesel energy systems are an increasingly attractive solution to conventional system (Diesel generator and PV/Battery in standalone). For these areas, the cost of the electricity grid extension remains prohibitive. Nowadays, most of the remote areas are supplied either by diesel generators or by autonomous and standalone solar PV systems whose production costs are still high. Beyond an optimal sizing, the reliability of the hybridization of these energy resources is guaranteed only if they can be optimally managed, especially in real operating conditions. The aim of this thesis is therefore to develop energy management approaches that optimize the power flow dispatch in the hybrid PV/Diesel systems but also to validate the operational capability of their experimental implementation. Two management approaches have been proposed in this thesis: On is rules based strategy and another is developed with dynamic programming method. These approaches were subsequently applied to different configurations of hybrid PV/Diesel systems. The simulation results obtained from the comparative analysis of these two management approaches applied to Bilgo, a rural village located in Burkina Faso, showed that the optimization by dynamic programming considering the minimization of the daily operation cost as objective function offers the best results as compared to the approach with rules based strategy and also to standalone diesel generator. A reduction of the amount of fuel consumed, the daily operating cost, the levelized cost of energy generated over the system’s lifetime (LCOE), the amount of CO2 emitted and a maximizing of solar energy integration were noticed with the optimized management approach. The experiments carried out with various levels of PV penetration, using an experimental hybrid platform, have showed the operational efficiency of the optimized approach. This approach that includes a predictive and corrective control could ensure in real time a good dispatch of power flows and ensure a stability of the hybrid system.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Option en vironnement. Elaboration de matériaux composites bifonctionnels charbon actif-TiO2 à partir des ressources végétales tropicales pour des applications de traitement de l’eau par voie solaire / Cédric TELEGANG CHEKEM 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Option en vironnement Titre : Elaboration de matériaux composites bifonctionnels charbon actif-TiO2 à partir des ressources végétales tropicales pour des applications de traitement de l’eau par voie solaire Type de document : texte imprimé Auteurs : Cédric TELEGANG CHEKEM Année de publication : 2017 Importance : 250p Langues : Français (fre) Résumé : L’utilisation de matériaux composites présentant une double fonction adsorption-photodégradation vis-à-vis des polluants biorécalcitrants est une solution prometteuse pour le traitement de l’eau par voie solaire. Dans ce travail, des matériaux composites charbons actifs – TiO2 (CA-TiO2) sont élaborés suivants trois méthodes simples à partir de biomasses disponibles dans la sous-région de l’Afrique de l’Ouest. Les charbons actifs (CA) obtenus après pyrolyse des biomasses développent une texture poreuse qui se modifie ensuite en fonction de la voie de fixation des nanoparticules de TiO2 (NPs-TiO2) mise en oeuvre pour l’obtention des matériaux composites. Parmi les trois voies étudiées, l’imprégnation du CA avec le sol de NPs-TiO2 préformées conduit à des matériaux (CAT.SX) avec du TiO2 réparti de façon homogène à la surface externe de la structure poreuse du CA. Cette microtexture permet un couplage effectif des propriétés d’adsorption et de photodégradation, favorables aux performances de dépollution évaluées à l’échelle de laboratoire sur des solutions de phénol à 100 mg.L-1. En revanche, les composites obtenus par fixation des NPs-TiO2 sur du CA par voie sol-gel (CAT.GX), ou par pyrolyse directe de biomasse pré-imprégnée de NPs-TiO2 (CAT.SBX) présentent des performances de dépollution moins élevées, associées à une faible accessibilité des NPs-TiO2 ainsi que des surfaces spécifiques moins développées.. Les cinétiques d’élimination du polluant obtenues après plusieurs cycles successifs d’utilisation des catalyseurs CAT.SX ont été correctement simulées avec un modèle dont le formalisme tient compte de la double fonctionnalité des catalyseurs. Ce modèle permet d’envisager le dimensionnement d’installations solaires en condition réelle d’utilisation de ces nouveaux catalyseurs en zones fortement ensoleillées. Abstract The development of composite materials with a dual functionality adsorption/photodegradation towards biorefractory pollutants is a promising issue for solar water treatment. In this work, AC-TiO2 composite materials have been synthesized through three novel routes based on the conversion of typical biomasses, abundantly found in the subsaharian African sunny areas. Biomass pyrolysis derived activated carbon (AC) developed a porous structure which is modified according to the method used to fix TiO2 nanoparticules (TiO2-NPs). AC impregnated with a TiO2-NPs suspension sol provides composite materials (CAT.SX) with regularly deposited TiO2-NPs at the external surface of AC porous texture, resulting to an effective coupling of adsorption/photodegradation properties towards phenol elimination in 100 mg.L-1 polluted water, carried out on lab scale experiments. Composites materials obtained using sol-gel route for TiO2-NPs fixation on AC (CAT.GX), or obtained after direct pyrolysis of TiO2-NPs impregnated biomass (CAT.SBX), exhibited lesser decontamination performances which were associated to poor accessibility of TiO2-NPs together with less developed surface areas. Pollutant elimination kinetics curves depicted after recycling of CAT.SX over several running water treatment was successfully simulated with a mathematical model specifically designed to take into consideration the dual functionalities of the composite materials. The established model is a promising attempt for future dimensioning of real solar water treatment plants, operating in sunny areas with the new composite catalysts. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Option en vironnement. Elaboration de matériaux composites bifonctionnels charbon actif-TiO2 à partir des ressources végétales tropicales pour des applications de traitement de l’eau par voie solaire [texte imprimé] / Cédric TELEGANG CHEKEM . - 2017 . - 250p. Langues : Français (fre) Résumé : L’utilisation de matériaux composites présentant une double fonction adsorption-photodégradation vis-à-vis des polluants biorécalcitrants est une solution prometteuse pour le traitement de l’eau par voie solaire. Dans ce travail, des matériaux composites charbons actifs – TiO2 (CA-TiO2) sont élaborés suivants trois méthodes simples à partir de biomasses disponibles dans la sous-région de l’Afrique de l’Ouest. Les charbons actifs (CA) obtenus après pyrolyse des biomasses développent une texture poreuse qui se modifie ensuite en fonction de la voie de fixation des nanoparticules de TiO2 (NPs-TiO2) mise en oeuvre pour l’obtention des matériaux composites. Parmi les trois voies étudiées, l’imprégnation du CA avec le sol de NPs-TiO2 préformées conduit à des matériaux (CAT.SX) avec du TiO2 réparti de façon homogène à la surface externe de la structure poreuse du CA. Cette microtexture permet un couplage effectif des propriétés d’adsorption et de photodégradation, favorables aux performances de dépollution évaluées à l’échelle de laboratoire sur des solutions de phénol à 100 mg.L-1. En revanche, les composites obtenus par fixation des NPs-TiO2 sur du CA par voie sol-gel (CAT.GX), ou par pyrolyse directe de biomasse pré-imprégnée de NPs-TiO2 (CAT.SBX) présentent des performances de dépollution moins élevées, associées à une faible accessibilité des NPs-TiO2 ainsi que des surfaces spécifiques moins développées.. Les cinétiques d’élimination du polluant obtenues après plusieurs cycles successifs d’utilisation des catalyseurs CAT.SX ont été correctement simulées avec un modèle dont le formalisme tient compte de la double fonctionnalité des catalyseurs. Ce modèle permet d’envisager le dimensionnement d’installations solaires en condition réelle d’utilisation de ces nouveaux catalyseurs en zones fortement ensoleillées. Abstract The development of composite materials with a dual functionality adsorption/photodegradation towards biorefractory pollutants is a promising issue for solar water treatment. In this work, AC-TiO2 composite materials have been synthesized through three novel routes based on the conversion of typical biomasses, abundantly found in the subsaharian African sunny areas. Biomass pyrolysis derived activated carbon (AC) developed a porous structure which is modified according to the method used to fix TiO2 nanoparticules (TiO2-NPs). AC impregnated with a TiO2-NPs suspension sol provides composite materials (CAT.SX) with regularly deposited TiO2-NPs at the external surface of AC porous texture, resulting to an effective coupling of adsorption/photodegradation properties towards phenol elimination in 100 mg.L-1 polluted water, carried out on lab scale experiments. Composites materials obtained using sol-gel route for TiO2-NPs fixation on AC (CAT.GX), or obtained after direct pyrolysis of TiO2-NPs impregnated biomass (CAT.SBX), exhibited lesser decontamination performances which were associated to poor accessibility of TiO2-NPs together with less developed surface areas. Pollutant elimination kinetics curves depicted after recycling of CAT.SX over several running water treatment was successfully simulated with a mathematical model specifically designed to take into consideration the dual functionalities of the composite materials. The established model is a promising attempt for future dimensioning of real solar water treatment plants, operating in sunny areas with the new composite catalysts.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Option énergie. Mise en oeuvre de lipases végétales issues des graines dans la catalyse enzymatique d’esters éthyliques d’huiles végétales pour la production de biodiesel / Paul Alain KOUTEU NANSSOU 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Option énergie Titre : Mise en oeuvre de lipases végétales issues des graines dans la catalyse enzymatique d’esters éthyliques d’huiles végétales pour la production de biodiesel Type de document : texte imprimé Auteurs : Paul Alain KOUTEU NANSSOU, Auteur Année de publication : 2017 Importance : 240p. Langues : Français (fre) Résumé : Les lipases présentent un grand intérêt pour la synthèse de biodiesel, carburant alternatif au gasoil, généralement produit par transestérification des triacylglycérols d’huiles végétales avec un alcool, la plupart du temps le méthanol pour ainsi obtenir des esters méthyliques d’acides gras. Afin de produire un biodiesel totalement biosourcé, l’éthanol peut être substitué au méthanol. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est de développer des procédés enzymatiques de synthèses d’esters éthyliques catalysés par des lipases végétales sous leur forme brute avec des intrants (huile et alcool) d’origine végétale. Dans un premier temps, elle a consisté à la mise en évidence d’une activité lipasique (éthanolyse et hydrolyse) dans les graines d’A. suarezensis, d’A. grandidieri, de J. curcas, de J. mahafalensis, de M. oleifera et de M. drouhardii. Ensuite, les influences de certains facteurs sur la capacité des poudres le(s)plus active(s) à réaliser des réactions d’éthanolyse en milieux non aqueux, aqueux et en utilisant comme substrat leurs lipides natifs ont été étudiées. Enfin, des essais de combustion ont été menés sur un moteur diesel pour l’étude des performances, des émissions et de la combustion du biodiesel produit brut et en mélange avec le gasoil. Les résultats montrent que les graines germées étudiées sont dotées d’une activité lipasique en hydrolyse et éthanolyse. La poudre d’A. grandidieri est la plus active en éthanolyse. Avec cette dernière, deux procédés ont pu être développés : un en milieu non aqueux et un en milieu aqueux conduisant tous à un rendement de 96 %. Les performances comme combustible moteur du biodiesel produit et de ses mélanges sont similaires à celles du gasoil. Ces résultats montrent que les lipases végétales exploitées sous leurs formes brutes peuvent être une alternative aux lipases microbiennes et aux catalyseurs chimiques pour la production de biodiesel. Abstract There is a great interest in the use of lipase in the production of biodiesel, alternative diesel fuel, usually obtained from a transesterification of triacylglycerol with an alcohol which is mostly methanol and to obtain fatty acid methyl ester. To have a biodiesel derived totally from vegetable biomass, ethanol must be explored as acyl acceptor. The objective of this work is to develop enzymatic processes for the synthesis of ethyl esters catalyzed by plant lipases in their crude form with all inputs (oil and alcohol) of origin plant. Firstly, the hydrolysis and ethanolysis activities of A. suarezensis, A. grandidieri, J. curcas, J. mahafalensis, M. oleifera and M. drouhardii seeds were assessed. Subsequently, the most active(s) plant lipase(s) was selected to study the effects of some factors on their ability to carry out ethanolysis reactions in nonaqueous, aqueous media and using as substrate their lipids. Finally, combustion tests were carried out on a single cylinder direct injection engine to study the performance, emissions and combustion of biodiesel and its mixture with diesel. All germinated seeds have hydrolysis and ethanolysis activity. The most active in ethanolysis is the powder from A. grandidieri seed. With this powder, two processes were developed: one in nonaquous medium and the other in aqueous medium (yield of 96 % for both processes). Performance and combustion characteristics of biodiesel and its mixtures are similar to that of diesel fuel. A significant reduction in CO, NOX, CO2 and SO2 emissions during the combustion of biodiesel and its mixtures is observed. These results show that plant lipases exploited in their crude form can be an alternative to microbial lipases and chemical catalysts. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Option énergie. Mise en oeuvre de lipases végétales issues des graines dans la catalyse enzymatique d’esters éthyliques d’huiles végétales pour la production de biodiesel [texte imprimé] / Paul Alain KOUTEU NANSSOU, Auteur . - 2017 . - 240p. Langues : Français (fre) Résumé : Les lipases présentent un grand intérêt pour la synthèse de biodiesel, carburant alternatif au gasoil, généralement produit par transestérification des triacylglycérols d’huiles végétales avec un alcool, la plupart du temps le méthanol pour ainsi obtenir des esters méthyliques d’acides gras. Afin de produire un biodiesel totalement biosourcé, l’éthanol peut être substitué au méthanol. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est de développer des procédés enzymatiques de synthèses d’esters éthyliques catalysés par des lipases végétales sous leur forme brute avec des intrants (huile et alcool) d’origine végétale. Dans un premier temps, elle a consisté à la mise en évidence d’une activité lipasique (éthanolyse et hydrolyse) dans les graines d’A. suarezensis, d’A. grandidieri, de J. curcas, de J. mahafalensis, de M. oleifera et de M. drouhardii. Ensuite, les influences de certains facteurs sur la capacité des poudres le(s)plus active(s) à réaliser des réactions d’éthanolyse en milieux non aqueux, aqueux et en utilisant comme substrat leurs lipides natifs ont été étudiées. Enfin, des essais de combustion ont été menés sur un moteur diesel pour l’étude des performances, des émissions et de la combustion du biodiesel produit brut et en mélange avec le gasoil. Les résultats montrent que les graines germées étudiées sont dotées d’une activité lipasique en hydrolyse et éthanolyse. La poudre d’A. grandidieri est la plus active en éthanolyse. Avec cette dernière, deux procédés ont pu être développés : un en milieu non aqueux et un en milieu aqueux conduisant tous à un rendement de 96 %. Les performances comme combustible moteur du biodiesel produit et de ses mélanges sont similaires à celles du gasoil. Ces résultats montrent que les lipases végétales exploitées sous leurs formes brutes peuvent être une alternative aux lipases microbiennes et aux catalyseurs chimiques pour la production de biodiesel. Abstract There is a great interest in the use of lipase in the production of biodiesel, alternative diesel fuel, usually obtained from a transesterification of triacylglycerol with an alcohol which is mostly methanol and to obtain fatty acid methyl ester. To have a biodiesel derived totally from vegetable biomass, ethanol must be explored as acyl acceptor. The objective of this work is to develop enzymatic processes for the synthesis of ethyl esters catalyzed by plant lipases in their crude form with all inputs (oil and alcohol) of origin plant. Firstly, the hydrolysis and ethanolysis activities of A. suarezensis, A. grandidieri, J. curcas, J. mahafalensis, M. oleifera and M. drouhardii seeds were assessed. Subsequently, the most active(s) plant lipase(s) was selected to study the effects of some factors on their ability to carry out ethanolysis reactions in nonaqueous, aqueous media and using as substrate their lipids. Finally, combustion tests were carried out on a single cylinder direct injection engine to study the performance, emissions and combustion of biodiesel and its mixture with diesel. All germinated seeds have hydrolysis and ethanolysis activity. The most active in ethanolysis is the powder from A. grandidieri seed. With this powder, two processes were developed: one in nonaquous medium and the other in aqueous medium (yield of 96 % for both processes). Performance and combustion characteristics of biodiesel and its mixtures are similar to that of diesel fuel. A significant reduction in CO, NOX, CO2 and SO2 emissions during the combustion of biodiesel and its mixtures is observed. These results show that plant lipases exploited in their crude form can be an alternative to microbial lipases and chemical catalysts.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Pollution environnementale par le cyanure et potentialités de la bio remédiation dans des zones d'extraction aurifère en Afrique Subsaharienne / Lovasoa Christine RAZANAMAHANDRY 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Pollution environnementale par le cyanure et potentialités de la bio remédiation dans des zones d'extraction aurifère en Afrique Subsaharienne : cas du Burkina Faso Type de document : texte imprimé Auteurs : Lovasoa Christine RAZANAMAHANDRY Année de publication : 2017 Importance : 247 p. Langues : Français (fre) Résumé : L'extraction artisanale d'or au Burkina Faso a contribué au développement économique et social du pays malgré ses caractères illégaux. Cependant, les techniques rudimentaires des activités de l'orpaillage génèrent une dégradation considérable de l'environnement à travers des pratiques inappropriées et l'utilisation de divers produits chimiques parmi lesquels le cyanure. Actuellement, le niveau réel de la contamination en cyanure reste méconnu. Une recherche dans ce cadre a été initiée au niveau des sites d'orpaillages de Zougnazagmiline et de Galgouli qui se trouvent respectivement dans la partie Nord et Sud du Burkina Faso. L'objectif de cette recherche est de contribuer à une exploitation aurifère responsable pour la protection contre les effets néfastes du cyanure sur l'environnement et sur la santé humaine. L'état actuel de la pollution en cyanure a été étudié et suivi en dosant les cyanures libre (CNL) et total (CNT) présents dans des échantillons d'eaux et de sols. Les ressources en eaux et sols dans les deux sites d'orpaillage sont contaminées avec des concentrations dépassant jusqu'à 40 fois la valeur guide de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) appliquée au Burkina Faso, qui est de 70 |ig L"1 pour le cyanure libre dans l'eau de boisson, 0,5 mg Kg"1 pour le cyanure libre dans le sol agricole. L'étude de la dynamique a montré que le cyanure est très mobile durant la saison sèche (SS) et la saison pluvieuse (SP). En plus de l'endroit source de la pollution constitué de la zone de cyanuration, il se retrouve également dans des zones éloignées tels que l'exutoire du bassin versant, la zone de fonçage et s'infiltre jusqu'à une dizaine de mètre de profondeur du sol. En effet le type de sol et sa conductivité influent la distribution spatiale du cyanure. Cette contamination a été modélisée à l'aide d'une carte de risque en tenant compte des facteurs environnementaux. Cette carte forme les zones cibles pour une possible application de la bioremédiation. Mais avant d'appliquer sur le terrain cette technologie, des Bactéries locales Dégradeurs de Cyanure (BDC) ont été isolées à l'échelle de laboratoire suite à des ensemencements des échantillons pollués dans un milieu sélectif. Le consortium des bactéries indigènes isolé des deux sites d'orpaillage a la capacité de dégrader les cyanures à l'échelle de laboratoire avec un taux d'abattement de 99 % pendant 24 h pour le cyanure libre (CNL) et pendant 120 h pour le cyanure total (CNT). Cette biodégradation a été associée à une production d'ammonium (NH4+). La potentialité de ce consortium des bactéries utilisé est caractérisée par leur capacité de se développer dans des conditions variées de pH (neutre, acide et base) en présence ou non des nutriments à part les cyanures. Par ces caractéristiques, ce consortium des bactéries pourrait s'adapter facilement au niveau de l'environnement pour son application future dans la décontamination des eaux et de sol pollués par le cyanure dont son degré de pollution sera facilement prédit pour les années avenir à partir du modèle établi. De plus, des nouvelles espèces indigènes capables de dégrader le cyanure ont été identifiées dans ce consortium tel que l'espèce Providencia sp. Strain BAB-6345, Providencia stuartii Strain Bp-40 et l'espèce Citrobacter sedlakii strain D5. Abstract : Artisanal small scale gold mining (ASGM) in Burkina Faso has contributed to the economical and societal development of this country, in spite of its unlawful characteristics. Nevertheless, rudimentary tools and technics were used in ASGM activity that induces a highly environmental dégradation throughout the inappropriate aspect of the activity and the use of the hazardous chemical compounds as cyanide. Lack of knowledge of the actual level of cyanide contamination in water and soil in Burkina Faso was observed. Two ASGM sites that are Zougnazagmiline and Galgouli located in Northern and Southern part of Burkina Faso respectively hâve been chosen for conducting a research about cyanide for the first time. The purpose of this study is to make an ASGM extraction responsible for protecting against the cyanide impacts on the environment and the human health. The actual level of cyanide pollution was studied and monitored by measuring two (02) cyanide forms as the free cyanide (CNL) and the total cyanide (CNT) présent in the water and soils samples. Water and soil resources in the two sites were contaminated with a maximum concentration higher than the guides values established by the World Health Organization with a value about 40 times. Thèse values that applied in Burkina Faso are 70 |ig L"1 for free cyanide in drinking water, 0.5 mg Kg"1 for free cyanide in agricultural soil. Cyanides are very mobile during the dry (SS) and wet season (SP). Aside the pollutant source zone formed by the cyanidation area cyanides were detected in other area far away as the catchment outlet and the sinking area and accumulated in the soil depth. Cyanide pollution has been modeled by using a map risk that includes the environmental factors influencing its spatial distribution. Thèse areas will form the places where water and soil bioremediation technology will be applied in the field. It was shown that the spatial distribution of cyanide was solely controlled by the soil type in Zougnazagmiline and both the soil type and conductivity in Galgouli. Before the field application of bioremediation technology, the cyanide degrading bacteria (BDC) that présent in polluted samples were isolated in a sélective médium in the laboratory scale. The isolated BDC species had degraded 99 % of the CNL and CNT within 24 h and 120 h, respectively with bacterial growth and ammonium production. The potentiality of thèse BDC that used is characterised by their capacity to develop under pH variation conditions (neutral, acidic and basic) and with or without nutrient aside the cyanide. Because the bacteria hâve a large range condition for surviving, they will easily adapt to the environment. It will be an advantage for using thèse bacteria in the future application for decontaminating water and soil polluted by cyanide. In addition, by the established model, the cyanide pollution will be easily modelled for the future years. Moreover, news indigenous species that able to dégrade cyanide were identified as the Providencia sp. Strain BAB-6345, Providencia stuartii Strain Bp-40 and Citrobacter sedlakii strain D5. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Pollution environnementale par le cyanure et potentialités de la bio remédiation dans des zones d'extraction aurifère en Afrique Subsaharienne : cas du Burkina Faso [texte imprimé] / Lovasoa Christine RAZANAMAHANDRY . - 2017 . - 247 p. Langues : Français (fre) Résumé : L'extraction artisanale d'or au Burkina Faso a contribué au développement économique et social du pays malgré ses caractères illégaux. Cependant, les techniques rudimentaires des activités de l'orpaillage génèrent une dégradation considérable de l'environnement à travers des pratiques inappropriées et l'utilisation de divers produits chimiques parmi lesquels le cyanure. Actuellement, le niveau réel de la contamination en cyanure reste méconnu. Une recherche dans ce cadre a été initiée au niveau des sites d'orpaillages de Zougnazagmiline et de Galgouli qui se trouvent respectivement dans la partie Nord et Sud du Burkina Faso. L'objectif de cette recherche est de contribuer à une exploitation aurifère responsable pour la protection contre les effets néfastes du cyanure sur l'environnement et sur la santé humaine. L'état actuel de la pollution en cyanure a été étudié et suivi en dosant les cyanures libre (CNL) et total (CNT) présents dans des échantillons d'eaux et de sols. Les ressources en eaux et sols dans les deux sites d'orpaillage sont contaminées avec des concentrations dépassant jusqu'à 40 fois la valeur guide de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) appliquée au Burkina Faso, qui est de 70 |ig L"1 pour le cyanure libre dans l'eau de boisson, 0,5 mg Kg"1 pour le cyanure libre dans le sol agricole. L'étude de la dynamique a montré que le cyanure est très mobile durant la saison sèche (SS) et la saison pluvieuse (SP). En plus de l'endroit source de la pollution constitué de la zone de cyanuration, il se retrouve également dans des zones éloignées tels que l'exutoire du bassin versant, la zone de fonçage et s'infiltre jusqu'à une dizaine de mètre de profondeur du sol. En effet le type de sol et sa conductivité influent la distribution spatiale du cyanure. Cette contamination a été modélisée à l'aide d'une carte de risque en tenant compte des facteurs environnementaux. Cette carte forme les zones cibles pour une possible application de la bioremédiation. Mais avant d'appliquer sur le terrain cette technologie, des Bactéries locales Dégradeurs de Cyanure (BDC) ont été isolées à l'échelle de laboratoire suite à des ensemencements des échantillons pollués dans un milieu sélectif. Le consortium des bactéries indigènes isolé des deux sites d'orpaillage a la capacité de dégrader les cyanures à l'échelle de laboratoire avec un taux d'abattement de 99 % pendant 24 h pour le cyanure libre (CNL) et pendant 120 h pour le cyanure total (CNT). Cette biodégradation a été associée à une production d'ammonium (NH4+). La potentialité de ce consortium des bactéries utilisé est caractérisée par leur capacité de se développer dans des conditions variées de pH (neutre, acide et base) en présence ou non des nutriments à part les cyanures. Par ces caractéristiques, ce consortium des bactéries pourrait s'adapter facilement au niveau de l'environnement pour son application future dans la décontamination des eaux et de sol pollués par le cyanure dont son degré de pollution sera facilement prédit pour les années avenir à partir du modèle établi. De plus, des nouvelles espèces indigènes capables de dégrader le cyanure ont été identifiées dans ce consortium tel que l'espèce Providencia sp. Strain BAB-6345, Providencia stuartii Strain Bp-40 et l'espèce Citrobacter sedlakii strain D5. Abstract : Artisanal small scale gold mining (ASGM) in Burkina Faso has contributed to the economical and societal development of this country, in spite of its unlawful characteristics. Nevertheless, rudimentary tools and technics were used in ASGM activity that induces a highly environmental dégradation throughout the inappropriate aspect of the activity and the use of the hazardous chemical compounds as cyanide. Lack of knowledge of the actual level of cyanide contamination in water and soil in Burkina Faso was observed. Two ASGM sites that are Zougnazagmiline and Galgouli located in Northern and Southern part of Burkina Faso respectively hâve been chosen for conducting a research about cyanide for the first time. The purpose of this study is to make an ASGM extraction responsible for protecting against the cyanide impacts on the environment and the human health. The actual level of cyanide pollution was studied and monitored by measuring two (02) cyanide forms as the free cyanide (CNL) and the total cyanide (CNT) présent in the water and soils samples. Water and soil resources in the two sites were contaminated with a maximum concentration higher than the guides values established by the World Health Organization with a value about 40 times. Thèse values that applied in Burkina Faso are 70 |ig L"1 for free cyanide in drinking water, 0.5 mg Kg"1 for free cyanide in agricultural soil. Cyanides are very mobile during the dry (SS) and wet season (SP). Aside the pollutant source zone formed by the cyanidation area cyanides were detected in other area far away as the catchment outlet and the sinking area and accumulated in the soil depth. Cyanide pollution has been modeled by using a map risk that includes the environmental factors influencing its spatial distribution. Thèse areas will form the places where water and soil bioremediation technology will be applied in the field. It was shown that the spatial distribution of cyanide was solely controlled by the soil type in Zougnazagmiline and both the soil type and conductivity in Galgouli. Before the field application of bioremediation technology, the cyanide degrading bacteria (BDC) that présent in polluted samples were isolated in a sélective médium in the laboratory scale. The isolated BDC species had degraded 99 % of the CNL and CNT within 24 h and 120 h, respectively with bacterial growth and ammonium production. The potentiality of thèse BDC that used is characterised by their capacity to develop under pH variation conditions (neutral, acidic and basic) and with or without nutrient aside the cyanide. Because the bacteria hâve a large range condition for surviving, they will easily adapt to the environment. It will be an advantage for using thèse bacteria in the future application for decontaminating water and soil polluted by cyanide. In addition, by the established model, the cyanide pollution will be easily modelled for the future years. Moreover, news indigenous species that able to dégrade cyanide were identified as the Providencia sp. Strain BAB-6345, Providencia stuartii Strain Bp-40 and Citrobacter sedlakii strain D5.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Développement méthodologique pour l'évaluation des performances et de la durabilite de systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en milieu rural / D. M. Grâce Floriane CHIDIKOFAN

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Développement méthodologique pour l'évaluation des performances et de la durabilite de systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en milieu rural : étude de cas au Burkina Faso Titre original : Methodological development for performance and sustainability assessment of power generation systems based on biomass gasification in rural areas: case study in Burkina Faso Type de document : texte imprimé Auteurs : D. M. Grâce Floriane CHIDIKOFAN Année de publication : 2017 Importance : 176 p. Langues : Français (fre) Résumé : Le but de cette thèse est de développer une méthodologie permettant d'évaluer les performances et la durabilite des systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en milieu rural dans les pays en développement. Cette thèse propose un cadre méthodologique général qui décrit les démarches visant: (1) à définir les critères d'évaluation de performances (2) à choisir les méthodes ou modèles d'évaluation des critères et (3) à choisir la méthode permettant l'analyse d'incertitude. A partir de ce cadre méthodologique, une méthodologie d'évaluation des systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en Afrique de l'Ouest est développée. Un ensemble de 14 critères d'évaluation sont définis en prenant en compte quatre dimensions de la durabilite (technique, économique, environnemental, social). Des modèles sont élaborés pour l'estimation de chacun des critères considérés. Le modèle d'évaluation global est appliqué sur un projet de système de production d'électricité par gazéification de biomasse au Burkina Faso. Douze (12) configurations de système sont évaluées pour satisfaire les mêmes besoins énergétiques (profil de charges). Les résultats de performances sont sensiblement différents d'un scénario à l'autre au regard de trois critères : rendement électrique net, coût d'investissement et coût de l'électricité générée ; tandis que les critères d'ordre environnemental et social ne montrent pas de grandes différences entre scénarios. Cependant, les analyses ont permis d'identifier d'un point de vue de l'opérateur, du bailleur de fonds ou des consommateurs, la configuration du système de production la plus durable dans ce contexte d'implantation. Abstract : This thesis aims to develop a performance assessment methodology of power génération Systems based on biomass gasification in a rural area case in developing countries. The gênerai methodological framework of this thesis is described in the approaches as follow: (1) defining performance assessment criteria, (2) selecting methods or models for assessing the criteria, and (3) choosing the method of analyzing the reliability of the assessment. Based on this methodological framework, a methodology for the assessment of electricity génération by biomass gasification Systems in West Africa is developed. Fourteen (14) assessment criteria are defined by taking in account technical, économie, environmental and social aspects. Models are developed for the calculation of each criterion considered. The models are then applied to carry out a performance assessment of the electricity génération by biomass gasification project in Burkina Faso. Twelve (12) System configurations are assessed to satisfy the same load profiles. The results are différent according to the performance criteria. The performance results are materially différent from one scénario to another against three criteria: net electrical efficiency, spécifie investment cost and cost of electricity generated; while the environmental and social criteria do not show large différences between scénarios. However, the analysis allowed identifying from a point of view of the operator, the donor or the consumers, the most sustainable production System configuration in this implantation context. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Développement méthodologique pour l'évaluation des performances et de la durabilite de systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en milieu rural = Methodological development for performance and sustainability assessment of power generation systems based on biomass gasification in rural areas: case study in Burkina Faso : étude de cas au Burkina Faso [texte imprimé] / D. M. Grâce Floriane CHIDIKOFAN . - 2017 . - 176 p. Langues : Français (fre) Résumé : Le but de cette thèse est de développer une méthodologie permettant d'évaluer les performances et la durabilite des systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en milieu rural dans les pays en développement. Cette thèse propose un cadre méthodologique général qui décrit les démarches visant: (1) à définir les critères d'évaluation de performances (2) à choisir les méthodes ou modèles d'évaluation des critères et (3) à choisir la méthode permettant l'analyse d'incertitude. A partir de ce cadre méthodologique, une méthodologie d'évaluation des systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en Afrique de l'Ouest est développée. Un ensemble de 14 critères d'évaluation sont définis en prenant en compte quatre dimensions de la durabilite (technique, économique, environnemental, social). Des modèles sont élaborés pour l'estimation de chacun des critères considérés. Le modèle d'évaluation global est appliqué sur un projet de système de production d'électricité par gazéification de biomasse au Burkina Faso. Douze (12) configurations de système sont évaluées pour satisfaire les mêmes besoins énergétiques (profil de charges). Les résultats de performances sont sensiblement différents d'un scénario à l'autre au regard de trois critères : rendement électrique net, coût d'investissement et coût de l'électricité générée ; tandis que les critères d'ordre environnemental et social ne montrent pas de grandes différences entre scénarios. Cependant, les analyses ont permis d'identifier d'un point de vue de l'opérateur, du bailleur de fonds ou des consommateurs, la configuration du système de production la plus durable dans ce contexte d'implantation. Abstract : This thesis aims to develop a performance assessment methodology of power génération Systems based on biomass gasification in a rural area case in developing countries. The gênerai methodological framework of this thesis is described in the approaches as follow: (1) defining performance assessment criteria, (2) selecting methods or models for assessing the criteria, and (3) choosing the method of analyzing the reliability of the assessment. Based on this methodological framework, a methodology for the assessment of electricity génération by biomass gasification Systems in West Africa is developed. Fourteen (14) assessment criteria are defined by taking in account technical, économie, environmental and social aspects. Models are developed for the calculation of each criterion considered. The models are then applied to carry out a performance assessment of the electricity génération by biomass gasification project in Burkina Faso. Twelve (12) System configurations are assessed to satisfy the same load profiles. The results are différent according to the performance criteria. The performance results are materially différent from one scénario to another against three criteria: net electrical efficiency, spécifie investment cost and cost of electricity generated; while the environmental and social criteria do not show large différences between scénarios. However, the analysis allowed identifying from a point of view of the operator, the donor or the consumers, the most sustainable production System configuration in this implantation context.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Développement méthodologique pour l'évaluation des performances et de la durabilite de systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en milieu rural / D. M. Grâce Floriane CHIDIKOFAN 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Développement méthodologique pour l'évaluation des performances et de la durabilite de systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en milieu rural : étude de cas au Burkina Faso Titre original : Methodological development for performance and sustainability assessment of power generation systems based on biomass gasification in rural areas: case study in Burkina Faso Type de document : texte imprimé Auteurs : D. M. Grâce Floriane CHIDIKOFAN Année de publication : 2017 Importance : 176 p. Langues : Français (fre) Résumé : Le but de cette thèse est de développer une méthodologie permettant d'évaluer les performances et la durabilite des systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en milieu rural dans les pays en développement. Cette thèse propose un cadre méthodologique général qui décrit les démarches visant: (1) à définir les critères d'évaluation de performances (2) à choisir les méthodes ou modèles d'évaluation des critères et (3) à choisir la méthode permettant l'analyse d'incertitude. A partir de ce cadre méthodologique, une méthodologie d'évaluation des systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en Afrique de l'Ouest est développée. Un ensemble de 14 critères d'évaluation sont définis en prenant en compte quatre dimensions de la durabilite (technique, économique, environnemental, social). Des modèles sont élaborés pour l'estimation de chacun des critères considérés. Le modèle d'évaluation global est appliqué sur un projet de système de production d'électricité par gazéification de biomasse au Burkina Faso. Douze (12) configurations de système sont évaluées pour satisfaire les mêmes besoins énergétiques (profil de charges). Les résultats de performances sont sensiblement différents d'un scénario à l'autre au regard de trois critères : rendement électrique net, coût d'investissement et coût de l'électricité générée ; tandis que les critères d'ordre environnemental et social ne montrent pas de grandes différences entre scénarios. Cependant, les analyses ont permis d'identifier d'un point de vue de l'opérateur, du bailleur de fonds ou des consommateurs, la configuration du système de production la plus durable dans ce contexte d'implantation. Abstract : This thesis aims to develop a performance assessment methodology of power génération Systems based on biomass gasification in a rural area case in developing countries. The gênerai methodological framework of this thesis is described in the approaches as follow: (1) defining performance assessment criteria, (2) selecting methods or models for assessing the criteria, and (3) choosing the method of analyzing the reliability of the assessment. Based on this methodological framework, a methodology for the assessment of electricity génération by biomass gasification Systems in West Africa is developed. Fourteen (14) assessment criteria are defined by taking in account technical, économie, environmental and social aspects. Models are developed for the calculation of each criterion considered. The models are then applied to carry out a performance assessment of the electricity génération by biomass gasification project in Burkina Faso. Twelve (12) System configurations are assessed to satisfy the same load profiles. The results are différent according to the performance criteria. The performance results are materially différent from one scénario to another against three criteria: net electrical efficiency, spécifie investment cost and cost of electricity generated; while the environmental and social criteria do not show large différences between scénarios. However, the analysis allowed identifying from a point of view of the operator, the donor or the consumers, the most sustainable production System configuration in this implantation context. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Développement méthodologique pour l'évaluation des performances et de la durabilite de systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en milieu rural = Methodological development for performance and sustainability assessment of power generation systems based on biomass gasification in rural areas: case study in Burkina Faso : étude de cas au Burkina Faso [texte imprimé] / D. M. Grâce Floriane CHIDIKOFAN . - 2017 . - 176 p. Langues : Français (fre) Résumé : Le but de cette thèse est de développer une méthodologie permettant d'évaluer les performances et la durabilite des systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en milieu rural dans les pays en développement. Cette thèse propose un cadre méthodologique général qui décrit les démarches visant: (1) à définir les critères d'évaluation de performances (2) à choisir les méthodes ou modèles d'évaluation des critères et (3) à choisir la méthode permettant l'analyse d'incertitude. A partir de ce cadre méthodologique, une méthodologie d'évaluation des systèmes de production d'électricité par gazéification de biomasse en Afrique de l'Ouest est développée. Un ensemble de 14 critères d'évaluation sont définis en prenant en compte quatre dimensions de la durabilite (technique, économique, environnemental, social). Des modèles sont élaborés pour l'estimation de chacun des critères considérés. Le modèle d'évaluation global est appliqué sur un projet de système de production d'électricité par gazéification de biomasse au Burkina Faso. Douze (12) configurations de système sont évaluées pour satisfaire les mêmes besoins énergétiques (profil de charges). Les résultats de performances sont sensiblement différents d'un scénario à l'autre au regard de trois critères : rendement électrique net, coût d'investissement et coût de l'électricité générée ; tandis que les critères d'ordre environnemental et social ne montrent pas de grandes différences entre scénarios. Cependant, les analyses ont permis d'identifier d'un point de vue de l'opérateur, du bailleur de fonds ou des consommateurs, la configuration du système de production la plus durable dans ce contexte d'implantation. Abstract : This thesis aims to develop a performance assessment methodology of power génération Systems based on biomass gasification in a rural area case in developing countries. The gênerai methodological framework of this thesis is described in the approaches as follow: (1) defining performance assessment criteria, (2) selecting methods or models for assessing the criteria, and (3) choosing the method of analyzing the reliability of the assessment. Based on this methodological framework, a methodology for the assessment of electricity génération by biomass gasification Systems in West Africa is developed. Fourteen (14) assessment criteria are defined by taking in account technical, économie, environmental and social aspects. Models are developed for the calculation of each criterion considered. The models are then applied to carry out a performance assessment of the electricity génération by biomass gasification project in Burkina Faso. Twelve (12) System configurations are assessed to satisfy the same load profiles. The results are différent according to the performance criteria. The performance results are materially différent from one scénario to another against three criteria: net electrical efficiency, spécifie investment cost and cost of electricity generated; while the environmental and social criteria do not show large différences between scénarios. However, the analysis allowed identifying from a point of view of the operator, the donor or the consumers, the most sustainable production System configuration in this implantation context.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Réf : 2iE/2017-10. Comportement physico-mécanique et durabilité de bétons de granulats légers à base de coques de noix de palme / Yasmine Binta TRAORE 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Réf : 2iE/2017-10 Titre : Comportement physico-mécanique et durabilité de bétons de granulats légers à base de coques de noix de palme Type de document : texte imprimé Auteurs : Yasmine Binta TRAORE Année de publication : 2017 Importance : 191 p. Langues : Français (fre) Résumé : Le béton est aujourd’hui l’un des matériaux les plus utilisés pour la construction du fait de ses propriétés mécaniques intéressantes, de son faible coût et de sa très large gamme d’applications. Toutefois, outre les émissions de CO2 liées à la fabrication du ciment, le béton requiert l’utilisation d’une grande quantité de granulats et de matières premières, qui engendre à la longue de nombreux problèmes environnementaux. Pour prendre en compte cet impact environnemental, des réflexions sont de plus en plus menées de par le monde sur l’utilisation de procédés et matériaux alternatifs à base de végétaux. L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement d’un béton utilisant les coques de noix de palme (CNP), résidus de production de l’huile de palme, comme substitut partiel ou total des granulats conventionnels. Nous proposons dans la présente étude d’évaluer les propriétés des CNP et leur influence sur le comportement physique, mécanique du béton ainsi que sur sa durabilité vis-à-vis des agressions chimiques et physiques. Les résultats montrent que l’utilisation des CNP se traduit par une augmentation de la porosité accessible à l’eau, et une diminution des résistances à la compression et à la flexion. Malgré ces baisses de performances, le béton de CNP reste très intéressant pour un certain nombre d’applications. En effet, il s’agit d’un béton léger pourvu d’une résistance admissible pour la construction de certaines structures en béton armé. Du fait de sa conductivité thermique plus faible et sa capacité thermique volumique plus élevée que le béton de référence, il peut constituer une solution intéressante du point de vue de l’isolation thermique. Par ailleurs, le béton de CNP étudié présente une grande capacité de déformation sous chargement, qui lui permet de résister aux fissurations de retrait. Dans la suite de la caractérisation de l’influence des CNP sur les propriétés des bétons, ce travail a exploré des voies d’amélioration des propriétés du béton de CNP, afin d’encourager les acteurs de la construction à la valorisation de ces granulats biosourcés. Cinq traitements différents ont été appliqués sur les CNP et leur influence sur les propriétés d’usage du béton a été examinée. Le traitement préalable des CNP dans une solution saturée de chaux a montré les meilleures améliorations de propriétés mécaniques du béton comparé aux CNP sans traitement. Abstract : Concrete is currently one of the most widely used construction materials. Its great popularity can be explained by its interesting mechanical properties, its low cost and its extensive range of applications. However, in addition to the CO2 emissions caused by cement manufacturing, concrete requires a great quantity of natural resources which have a negative impact on the environment. In order to reduce this environmental effect, several research works are made worldwide on using alternative bio based materials in concrete. The purpose of this thesis is to contribute to the development of concrete using oil palm shell (OPS) as aggregate. Then, OPS where characterized and their influence on the physical, mechanical properties and durability where investigated. The results obtained show an increase in the porosity accessible to water and a decrease in compressive and flexural strengths of OPS concrete compared to ordinary concrete. Nevertheless, OPS concrete can be used for different applications. Actually, using OPS as a substitute of ordinary aggregate leads to a lightweight concrete that has the requirement to be used for structural construction. It have also been observed that OPS concrete has good thermal properties, which can be of interest for thermal insulation. In addition, OPS concrete shows a high deformation capacity, which allows it to resist to shrinkage cracking. In another line of work, we have explored ways to improve OPS concrete properties, and make them more practical. Five different treatment have been made on OPS, then the influence of the treated OPS on concrete properties have been studied. Between all, the concrete made with OPS treated in a lime solution shows the best mechanical performances improvement. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Réf : 2iE/2017-10. Comportement physico-mécanique et durabilité de bétons de granulats légers à base de coques de noix de palme [texte imprimé] / Yasmine Binta TRAORE . - 2017 . - 191 p. Langues : Français (fre) Résumé : Le béton est aujourd’hui l’un des matériaux les plus utilisés pour la construction du fait de ses propriétés mécaniques intéressantes, de son faible coût et de sa très large gamme d’applications. Toutefois, outre les émissions de CO2 liées à la fabrication du ciment, le béton requiert l’utilisation d’une grande quantité de granulats et de matières premières, qui engendre à la longue de nombreux problèmes environnementaux. Pour prendre en compte cet impact environnemental, des réflexions sont de plus en plus menées de par le monde sur l’utilisation de procédés et matériaux alternatifs à base de végétaux. L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement d’un béton utilisant les coques de noix de palme (CNP), résidus de production de l’huile de palme, comme substitut partiel ou total des granulats conventionnels. Nous proposons dans la présente étude d’évaluer les propriétés des CNP et leur influence sur le comportement physique, mécanique du béton ainsi que sur sa durabilité vis-à-vis des agressions chimiques et physiques. Les résultats montrent que l’utilisation des CNP se traduit par une augmentation de la porosité accessible à l’eau, et une diminution des résistances à la compression et à la flexion. Malgré ces baisses de performances, le béton de CNP reste très intéressant pour un certain nombre d’applications. En effet, il s’agit d’un béton léger pourvu d’une résistance admissible pour la construction de certaines structures en béton armé. Du fait de sa conductivité thermique plus faible et sa capacité thermique volumique plus élevée que le béton de référence, il peut constituer une solution intéressante du point de vue de l’isolation thermique. Par ailleurs, le béton de CNP étudié présente une grande capacité de déformation sous chargement, qui lui permet de résister aux fissurations de retrait. Dans la suite de la caractérisation de l’influence des CNP sur les propriétés des bétons, ce travail a exploré des voies d’amélioration des propriétés du béton de CNP, afin d’encourager les acteurs de la construction à la valorisation de ces granulats biosourcés. Cinq traitements différents ont été appliqués sur les CNP et leur influence sur les propriétés d’usage du béton a été examinée. Le traitement préalable des CNP dans une solution saturée de chaux a montré les meilleures améliorations de propriétés mécaniques du béton comparé aux CNP sans traitement. Abstract : Concrete is currently one of the most widely used construction materials. Its great popularity can be explained by its interesting mechanical properties, its low cost and its extensive range of applications. However, in addition to the CO2 emissions caused by cement manufacturing, concrete requires a great quantity of natural resources which have a negative impact on the environment. In order to reduce this environmental effect, several research works are made worldwide on using alternative bio based materials in concrete. The purpose of this thesis is to contribute to the development of concrete using oil palm shell (OPS) as aggregate. Then, OPS where characterized and their influence on the physical, mechanical properties and durability where investigated. The results obtained show an increase in the porosity accessible to water and a decrease in compressive and flexural strengths of OPS concrete compared to ordinary concrete. Nevertheless, OPS concrete can be used for different applications. Actually, using OPS as a substitute of ordinary aggregate leads to a lightweight concrete that has the requirement to be used for structural construction. It have also been observed that OPS concrete has good thermal properties, which can be of interest for thermal insulation. In addition, OPS concrete shows a high deformation capacity, which allows it to resist to shrinkage cracking. In another line of work, we have explored ways to improve OPS concrete properties, and make them more practical. Five different treatment have been made on OPS, then the influence of the treated OPS on concrete properties have been studied. Between all, the concrete made with OPS treated in a lime solution shows the best mechanical performances improvement.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Réf : 2iE/2017-07. Synthèse et caractérisation des liants géopolymères à base des matériaux locaux du Burkina Faso en vue d’une stabilisation des Briques en Terre Comprimées (BTC) / Seick Omar SORE 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Réf : 2iE/2017-07 Titre : Synthèse et caractérisation des liants géopolymères à base des matériaux locaux du Burkina Faso en vue d’une stabilisation des Briques en Terre Comprimées (BTC) Type de document : texte imprimé Auteurs : Seick Omar SORE Année de publication : 2017 Importance : 175 p. Langues : Français (fre) Résumé : Le principal objectif de cette thèse est d’évaluer la possibilité de stabiliser les briques de terre comprimées (BTC) par un liant géopolymère à base de matériaux disponible localement au Burkina Faso. La première partie de cette thèse a été dédiée à la caractérisation physico-chimique et minéralogique de plusieurs argiles burkinabè et à l’étude de leur faisabilité pour la synthèse d’un liant géopolymère. Cette étude a permis d’identifier l’argile de Saaba comme étant le meilleur précurseur pour une activation alcaline. L’influence du type d’activateur alcalin ainsi que celle de la température de cure sur les différentes propriétés du liant géopolymère à base d’argile de Saaba ont également été traitées dans la deuxième partie. Les résultats obtenus ont permis de conclure que la géopolymérisation du complexe aluminosilicate en utilisant l’hydroxyde de sodium est préférable à l’hydroxyde de potassium. La température de 60 °C a été identifiée comme la mieux adaptée pour favoriser la géopolymérisation et améliorer les propriétés du liant. Enfin, la dernière partie de cette thèse a été consacrée au développement d’un procédé de stabilisation des BTC par un liant géopolymère. Les résultats de caractérisations des BTC géopolymérisées ont montré que leurs propriétés physiques sont différentes à celles des BTC stabilisées au ciment. En outre, les résistances mécaniques des BTC contenant 15-20 % de géopolymère sont équivalentes à celles des BTC stabilisées au ciment. Les propriétés thermiques quant à elles sont meilleures par rapport à celles des BTC stabilisées au ciment ; elles sont proches de celles des BTC sans aucun liant. Abstract : The main objective of this thesis is to evaluate the possibility of stabilizing the Compressed Earth Bricks (CEBs) by a geopolymer binder based on materials available locally to Burkina Faso. The first part of this thesis has been dedicated to the physico-chemical and mineralogical characterization of several Burkinabe clays and to the study of their feasibility for the synthesis of a geopolymer binder. This study identified Saaba clay as the best precursor for alkaline activation. The influence of the type of alkaline activator as well as that of the curing temperature on the various properties of geopolymer binder based the Saaba's clay also were treated in the second part. The results obtained led to conclude that the geopolymerization of the aluminosilicate complex using sodium hydroxide was preferable to potassium hydroxide. The temperature of 60 °C was identified as the best adapted to promote geopolymerization and improve the properties of the binder. Finally, the last part of this thesis was devoted to the development of a process for the stabilization of CEBs by a geopolymer binder. The results of characterization of geopolymerized CEBs showed that their physical properties are different from those of the cement-stabilized CEBs. Besides, mechanical strength of CEBs containing 15-20% geopolymer are equivalent to those of cement-stabilized CEBs. Thermal properties are better than those of cement-stabilized CEBs. They are close to those of CEBs without any binder. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Réf : 2iE/2017-07. Synthèse et caractérisation des liants géopolymères à base des matériaux locaux du Burkina Faso en vue d’une stabilisation des Briques en Terre Comprimées (BTC) [texte imprimé] / Seick Omar SORE . - 2017 . - 175 p. Langues : Français (fre) Résumé : Le principal objectif de cette thèse est d’évaluer la possibilité de stabiliser les briques de terre comprimées (BTC) par un liant géopolymère à base de matériaux disponible localement au Burkina Faso. La première partie de cette thèse a été dédiée à la caractérisation physico-chimique et minéralogique de plusieurs argiles burkinabè et à l’étude de leur faisabilité pour la synthèse d’un liant géopolymère. Cette étude a permis d’identifier l’argile de Saaba comme étant le meilleur précurseur pour une activation alcaline. L’influence du type d’activateur alcalin ainsi que celle de la température de cure sur les différentes propriétés du liant géopolymère à base d’argile de Saaba ont également été traitées dans la deuxième partie. Les résultats obtenus ont permis de conclure que la géopolymérisation du complexe aluminosilicate en utilisant l’hydroxyde de sodium est préférable à l’hydroxyde de potassium. La température de 60 °C a été identifiée comme la mieux adaptée pour favoriser la géopolymérisation et améliorer les propriétés du liant. Enfin, la dernière partie de cette thèse a été consacrée au développement d’un procédé de stabilisation des BTC par un liant géopolymère. Les résultats de caractérisations des BTC géopolymérisées ont montré que leurs propriétés physiques sont différentes à celles des BTC stabilisées au ciment. En outre, les résistances mécaniques des BTC contenant 15-20 % de géopolymère sont équivalentes à celles des BTC stabilisées au ciment. Les propriétés thermiques quant à elles sont meilleures par rapport à celles des BTC stabilisées au ciment ; elles sont proches de celles des BTC sans aucun liant. Abstract : The main objective of this thesis is to evaluate the possibility of stabilizing the Compressed Earth Bricks (CEBs) by a geopolymer binder based on materials available locally to Burkina Faso. The first part of this thesis has been dedicated to the physico-chemical and mineralogical characterization of several Burkinabe clays and to the study of their feasibility for the synthesis of a geopolymer binder. This study identified Saaba clay as the best precursor for alkaline activation. The influence of the type of alkaline activator as well as that of the curing temperature on the various properties of geopolymer binder based the Saaba's clay also were treated in the second part. The results obtained led to conclude that the geopolymerization of the aluminosilicate complex using sodium hydroxide was preferable to potassium hydroxide. The temperature of 60 °C was identified as the best adapted to promote geopolymerization and improve the properties of the binder. Finally, the last part of this thesis was devoted to the development of a process for the stabilization of CEBs by a geopolymer binder. The results of characterization of geopolymerized CEBs showed that their physical properties are different from those of the cement-stabilized CEBs. Besides, mechanical strength of CEBs containing 15-20% geopolymer are equivalent to those of cement-stabilized CEBs. Thermal properties are better than those of cement-stabilized CEBs. They are close to those of CEBs without any binder.

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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Réf : 2iE/2018-01. Modélisation et expérimentation d’une microcentrale solaire a concentration / Yao Manu SESHIE 

Public ISBD Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Réf : 2iE/2018-01 Titre : Modélisation et expérimentation d’une microcentrale solaire a concentration : cas de CSP4Africa Type de document : texte imprimé Auteurs : Yao Manu SESHIE Année de publication : 2018 Importance : 123 p. Langues : Français (fre) Résumé : Dans le but d’étudier la rentabilité des centrales solaires à concentration de petite puissance pour un déploiement dans les régions sahéliennes, une centrale à tour nommée CSP4Africa a été construite et est en expérimentation sur le site de la Fondation 2iE à Kamboinsé. Cette centrale dispose d’un champ solaire d’une puissance nominale de 100 kWth pour une production électrique estimée à 8,6 kWe. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur deux composants essentiels de la centrale que sont le récepteur solaire et le cycle organique de Rankine qui joue le rôle du bloc de conversion électrique. Dans un premier temps, une revue bibliographique a été faite sur les centrales solaires à concentration de puissance électrique comprise en 1 et 500 kWe. Cette étude a permis de constater que plusieurs microcentrales solaires ont été construites et testées au cours de ces dernières décennies, sans qu’aucune ne soit réalisée en Afrique Sub-saharienne à l’exception de l’Afrique du Sud. Un modèle dynamique du récepteur a été ensuite développé pour prédire le comportement de cet organe en condition réelle de fonctionnement. Ce modèle donne l’évolution de la température du fluide caloporteur à la sortie du récepteur en fonction du DNI. Une première simulation du modèle développé pour un flux incident constant de 100 kWth, sous une température ambiante de 45 °C, et un débit de circulation de 0,83 kg·s-1 du caloporteur, a donné une différence de température de 41 °C entre l’entrée et la sortie du fluide caloporteur. Une seconde simulation à partir d’un DNI variable et présentant un pic de 693 W·m-2 sous un environnement ambiant de 45 °C, un débit de circulation de 0,83 kg·s-1 du caloporteur a donné une température maximale de 207 °C. Un modèle en régime stationnaire du cycle organique de Rankine a été également réalisé en couplant les modèles descriptifs de chacun des quatre composants principaux du cycle. Une série de simulations a conduit à évaluer le rendement du cycle en fonction des paramètres opératoires. Un rendement de 14% a été obtenu pour une pression d’évaporation de 16 bars, une température ambiante de 45 °C et un rendement isentropique de turbine de 0,9. Une autre simulation a montré que le rendement du cycle pouvait atteindre 16,3% pour une pression d’évaporation de 16 bars, un rendement isentropique de la turbine de 0,9, et une température ambiante de 25 °C. La dernière phase de ce travail a porté sur l’expérimentation du récepteur solaire en condition réelle. 3 héliostats sur un total de 20 prévus ont été utilisés. Les tests ont été conduits avec 1 puis 2 et enfin 3 héliostats. Les résultats obtenus avec 3 héliostats ont montré que pour un flux solaire incident de l’ordre de 7,5 kW, on observe une différence de température de 4,8 °C entre l’entrée et la sortie du fluide caloporteur dans le récepteur solaire. L’analyse des résultats obtenus des différents tests menés a montré que la puissance absorbée par le fluide caloporteur varie de 6% pour les tests avec un héliostat à 13% pour les tests avec trois héliostats. Ce faible taux de captation et transfert de l’énergie au fluide caloporteur est la conséquence du débit de circulation du fluide caloporteur très inférieur au débit nominal lors de nos expérimentations. Mots-clés : solaire thermodynamique, microcentrale solaire à concentration, modélisation, expérimentation, récepteur solaire, récepteur solaire à cavité, cycle organique de Rankine. Abstract : In order to study the profitability of small-scale concentrating solar power plants for their deployment in the Sahelian regions, a central receiver system named CSP4Africa has been built and is being tested on the site of the 2iE Foundation in Kamboinsé. The nominal power of its solar field is 100 kWth, for an estimated power generation of 8.6 kWe. The work in this thesis has focused on two essential components of the plant, namely the solar receiver and the organic Rankine cycle, which is the power block. Firstly, a literature review of small scale concentrating solar power plants with an electric power output between 1 and 500 kWe was carried out. This study found that several small scale concentrating solar power plants have been built and tested over the past decades, with none being carried out in Sub-Saharan Africa except in South Africa. A dynamic model of the receiver was then developed to predict the behavior of this component under real operating conditions. This model gives the evolution of the temperature of the heat transfer fluid at the output of the receiver according to the DNI. A first simulation of the model for a constant incident power of 100 kWth, under an ambient temperature of 45 °C, and a flow rate of 0.83 kg·s-1 of the heat transfer fluid gave a temperature difference of 41 °C between the inlet and the outlet of the heat transfer fluid. A second simulation from a variable DNI with a peak of 693 W·m-2 under an ambient of 45 °C, a flow rate of 0.83 kg·s-1 of heat transfer fluid, gave a maximum temperature of 207 °C for the heat transfer fluid. A steady-state model of the organic Rankine cycle was also developed by coupling the descriptive models of each of the five major cycle components. A series of simulations was conducted to evaluate the efficiency of the cycle according to the operating parameters. An efficiency of 14% was obtained for an evaporation pressure of 16 bars, an ambient temperature of 45 °C, and a turbine isentropic efficiency of 0.9. Another simulation showed that the cycle efficiency could reach 16.3% for an evaporation pressure of 16 bars, an isentropic efficiency of the turbine of 0.9, and an ambient temperature of 25 °C. The last phase of this work focused on the experimentation of the solar receiver in real conditions. 3 heliostats out of a total of 20 were used. The tests were conducted with 1 then 2 and finally 3 heliostats. The results obtained with 3 heliostats showed that for an incident solar flux of the order of 7.5 kW, there is a temperature difference of 4.8 °C between the inlet and the outlet of the heat transfer fluid in the solar receiver. Analysis of the results obtained from various tests conducted showed that the rate of energy received by the heat transfer fluid varied from 6% for tests with one heliostat, to 13% for tests with three heliostats. This low rate of energy absorbed by the heat transfer fluid is the consequence of the mass flow of the heat transfer fluid, which was very low during our experiments. Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement, Réf : 2iE/2018-01. Modélisation et expérimentation d’une microcentrale solaire a concentration : cas de CSP4Africa [texte imprimé] / Yao Manu SESHIE . - 2018 . - 123 p. Langues : Français (fre) Résumé : Dans le but d’étudier la rentabilité des centrales solaires à concentration de petite puissance pour un déploiement dans les régions sahéliennes, une centrale à tour nommée CSP4Africa a été construite et est en expérimentation sur le site de la Fondation 2iE à Kamboinsé. Cette centrale dispose d’un champ solaire d’une puissance nominale de 100 kWth pour une production électrique estimée à 8,6 kWe. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur deux composants essentiels de la centrale que sont le récepteur solaire et le cycle organique de Rankine qui joue le rôle du bloc de conversion électrique. Dans un premier temps, une revue bibliographique a été faite sur les centrales solaires à concentration de puissance électrique comprise en 1 et 500 kWe. Cette étude a permis de constater que plusieurs microcentrales solaires ont été construites et testées au cours de ces dernières décennies, sans qu’aucune ne soit réalisée en Afrique Sub-saharienne à l’exception de l’Afrique du Sud. Un modèle dynamique du récepteur a été ensuite développé pour prédire le comportement de cet organe en condition réelle de fonctionnement. Ce modèle donne l’évolution de la température du fluide caloporteur à la sortie du récepteur en fonction du DNI. Une première simulation du modèle développé pour un flux incident constant de 100 kWth, sous une température ambiante de 45 °C, et un débit de circulation de 0,83 kg·s-1 du caloporteur, a donné une différence de température de 41 °C entre l’entrée et la sortie du fluide caloporteur. Une seconde simulation à partir d’un DNI variable et présentant un pic de 693 W·m-2 sous un environnement ambiant de 45 °C, un débit de circulation de 0,83 kg·s-1 du caloporteur a donné une température maximale de 207 °C. Un modèle en régime stationnaire du cycle organique de Rankine a été également réalisé en couplant les modèles descriptifs de chacun des quatre composants principaux du cycle. Une série de simulations a conduit à évaluer le rendement du cycle en fonction des paramètres opératoires. Un rendement de 14% a été obtenu pour une pression d’évaporation de 16 bars, une température ambiante de 45 °C et un rendement isentropique de turbine de 0,9. Une autre simulation a montré que le rendement du cycle pouvait atteindre 16,3% pour une pression d’évaporation de 16 bars, un rendement isentropique de la turbine de 0,9, et une température ambiante de 25 °C. La dernière phase de ce travail a porté sur l’expérimentation du récepteur solaire en condition réelle. 3 héliostats sur un total de 20 prévus ont été utilisés. Les tests ont été conduits avec 1 puis 2 et enfin 3 héliostats. Les résultats obtenus avec 3 héliostats ont montré que pour un flux solaire incident de l’ordre de 7,5 kW, on observe une différence de température de 4,8 °C entre l’entrée et la sortie du fluide caloporteur dans le récepteur solaire. L’analyse des résultats obtenus des différents tests menés a montré que la puissance absorbée par le fluide caloporteur varie de 6% pour les tests avec un héliostat à 13% pour les tests avec trois héliostats. Ce faible taux de captation et transfert de l’énergie au fluide caloporteur est la conséquence du débit de circulation du fluide caloporteur très inférieur au débit nominal lors de nos expérimentations. Mots-clés : solaire thermodynamique, microcentrale solaire à concentration, modélisation, expérimentation, récepteur solaire, récepteur solaire à cavité, cycle organique de Rankine. Abstract : In order to study the profitability of small-scale concentrating solar power plants for their deployment in the Sahelian regions, a central receiver system named CSP4Africa has been built and is being tested on the site of the 2iE Foundation in Kamboinsé. The nominal power of its solar field is 100 kWth, for an estimated power generation of 8.6 kWe. The work in this thesis has focused on two essential components of the plant, namely the solar receiver and the organic Rankine cycle, which is the power block. Firstly, a literature review of small scale concentrating solar power plants with an electric power output between 1 and 500 kWe was carried out. This study found that several small scale concentrating solar power plants have been built and tested over the past decades, with none being carried out in Sub-Saharan Africa except in South Africa. A dynamic model of the receiver was then developed to predict the behavior of this component under real operating conditions. This model gives the evolution of the temperature of the heat transfer fluid at the output of the receiver according to the DNI. A first simulation of the model for a constant incident power of 100 kWth, under an ambient temperature of 45 °C, and a flow rate of 0.83 kg·s-1 of the heat transfer fluid gave a temperature difference of 41 °C between the inlet and the outlet of the heat transfer fluid. A second simulation from a variable DNI with a peak of 693 W·m-2 under an ambient of 45 °C, a flow rate of 0.83 kg·s-1 of heat transfer fluid, gave a maximum temperature of 207 °C for the heat transfer fluid. A steady-state model of the organic Rankine cycle was also developed by coupling the descriptive models of each of the five major cycle components. A series of simulations was conducted to evaluate the efficiency of the cycle according to the operating parameters. An efficiency of 14% was obtained for an evaporation pressure of 16 bars, an ambient temperature of 45 °C, and a turbine isentropic efficiency of 0.9. Another simulation showed that the cycle efficiency could reach 16.3% for an evaporation pressure of 16 bars, an isentropic efficiency of the turbine of 0.9, and an ambient temperature of 25 °C. The last phase of this work focused on the experimentation of the solar receiver in real conditions. 3 heliostats out of a total of 20 were used. The tests were conducted with 1 then 2 and finally 3 heliostats. The results obtained with 3 heliostats showed that for an incident solar flux of the order of 7.5 kW, there is a temperature difference of 4.8 °C between the inlet and the outlet of the heat transfer fluid in the solar receiver. Analysis of the results obtained from various tests conducted showed that the rate of energy received by the heat transfer fluid varied from 6% for tests with one heliostat, to 13% for tests with three heliostats. This low rate of energy absorbed by the heat transfer fluid is the consequence of the mass flow of the heat transfer fluid, which was very low during our experiments.

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