Sinfoniaorkesterin hiilijalanjälki. Case: Sinfonia Lahti

Diplomityön tavoitteena on selvittää sinfoniaorkesterin toiminnan merkittävimmät kasvihuonekaasupäästölähteet sekä kuinka kasvihuonekaasupäästöjä voidaan vähentää ja/tai kompensoida niin, että voidaan saavuttaa hiilineutraalius. Tavoitteena on myös tutkia sinfoniaorkesterin vaikutusmahdollisuudet sen sidosryhmiin. Tuloksia tarkastellaan myös globaalissa mittakaavassa, jolloin nähdään millainen vaikutus sinfoniaorkestereiden hiilineutraaliudella olisi ilmastonmuutoksen hillinnässä. Diplomityössä esitetään ensin hiilijalanjälkilaskentaa ja musiikkiteollisuutta yleisesti, jonka jälkeen selvitetään case-tutkimuksena Sinfonia Lahden hiilijalanjälki. Hiilijalanjälkilaskenta perustuu Sinfonia Lahden antamiin tietoihin, minkä lisäksi hyödynnetään diplomityön yhteydessä tehtyjen kyselyjen tuloksia. Kyselyjen tarkoituksena on selvittää sekä Sinfonia Lahden henkilöstön että yleisön matkustustottumuksia. Sinfonia Lahden henkilöstölle järjestettiin myös workshop, jossa tutustuttiin tarkemmin ilmastonmuutokseen. Hiilineutraalius saavutetaan selvittämällä toiminnasta aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt. Tämän jälkeen toimintaa muutetaan vähäpäästöisemmäksi ja lopuksi jäljelle jäävät kasvihuonekaasupäästöt kompensoidaan. Vaikka Sinfonia Lahden merkittävimmät kasvihuonekaasupäästölähteet ovat liikenne sekä energiankulutus, päästövähennyksiä tulee tehdä pysyvästi kaikista mahdollisista toiminnoista. Erityisen tärkeää on saada sidosryhmät osallistumaan sinfoniaorkesterin asettamiin vähennystavoitteisiin. Kompensoinnilla on merkittävä rooli hiilineutraaliuden saavuttamisessa. Tällä hetkellä maailman sinfoniaorkesterit eivät aktiivisesti pyri hiilineutraaliin toimintaan.

Production of magnesium carbonates from serpentinites for CO2 mineral sequestration : optimisation towards industrial application

Global warming is one of the most alarming problems of this century. Initial scepticism concerning its validity is currently dwarfed by the intensification of extreme weather events whilst the gradual arising level of anthropogenic CO2 is pointed out as its main driver. Most of the greenhouse gas (GHG) emissions come from large point sources (heat and power production and industrial processes) and the continued use of fossil fuels requires quick and effective measures to meet the world’s energy demand whilst (at least) stabilizing CO2 atmospheric levels. The framework known as Carbon Capture and Storage (CCS) – or Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS) – comprises a portfolio of technologies applicable to large‐scale GHG sources for preventing CO2 from entering the atmosphere. Amongst them, CO2 capture and mineralisation (CCM) presents the highest potential for CO2 sequestration as the predicted carbon storage capacity (as mineral carbonates) far exceeds the estimated levels of the worldwide identified fossil fuel reserves. The work presented in this thesis aims at taking a step forward to the deployment of an energy/cost effective process for simultaneous capture and storage of CO2 in the form of thermodynamically stable and environmentally friendly solid carbonates. R&D work on the process considered here began in 2007 at Åbo Akademi University in Finland. It involves the processing of magnesium silicate minerals with recyclable ammonium salts for extraction of magnesium at ambient pressure and 400‐440⁰C, followed by aqueous precipitation of magnesium in the form of hydroxide, Mg(OH)2, and finally Mg(OH)2 carbonation in a pressurised fluidized bed reactor at ~510⁰C and ~20 bar PCO2 to produce high purity MgCO3. Rock material taken from the Hitura nickel mine, Finland, and serpentinite collected from Bragança, Portugal, were tested for magnesium extraction with both ammonium sulphate and bisulphate (AS and ABS) for determination of optimal operation parameters, primarily: reaction time, reactor type and presence of moisture. Typical efficiencies range from 50 to 80% of magnesium extraction at 350‐450⁰C. In general ABS performs better than AS showing comparable efficiencies at lower temperature and reaction times. The best experimental results so far obtained include 80% magnesium extraction with ABS at 450⁰C in a laboratory scale rotary kiln and 70% Mg(OH)2 carbonation in the PFB at 500⁰C, 20 bar CO2 pressure for 15 minutes. The extraction reaction with ammonium salts is not at all selective towards magnesium. Other elements like iron, nickel, chromium, copper, etc., are also co‐extracted. Their separation, recovery and valorisation are addressed as well and found to be of great importance. The assessment of the exergetic performance of the process was carried out using Aspen Plus® software and pinch analysis technology. The choice of fluxing agent and its recovery method have a decisive sway in the performance of the process: AS is recovered by crystallisation and in general the whole process requires more exergy (2.48–5.09 GJ/tCO2sequestered) than ABS (2.48–4.47 GJ/tCO2sequestered) when ABS is recovered by thermal decomposition. However, the corrosive nature of molten ABS and operational problems inherent to thermal regeneration of ABS prohibit this route. Regeneration of ABS through addition of H2SO4 to AS (followed by crystallisation) results in an overall negative exergy balance (mainly at the expense of low grade heat) but will flood the system with sulphates. Although the ÅA route is still energy intensive, its performance is comparable to conventional CO2 capture methods using alkanolamine solvents. An energy‐neutral process is dependent on the availability and quality of nearby waste heat and economic viability might be achieved with: magnesium extraction and carbonation levels ≥ 90%, the processing of CO2‐containing flue gases (eliminating the expensive capture step) and production of marketable products.

Characterization and Investigation on Material Compatibilities of Building Integrated Photovoltaic Module Components

Building Integrated Photovoltaics (BIPV) are considered as the future of photovoltaic (PV) technology. The advantage of BIPV system is its multi-functionality; they fulfil the functions of a building envelope with the added benefit of generating power by replacing the traditional roofing and façade materials with PV that generate power. In this thesis, different types of PV cells and modules have been described in detail with their efficiencies and usage trends in the last decade. The different BIPV products for roof and façade are discussed in detail giving several examples. The electricity generation potential of BIPV in selected countries is compared with their actual electricity consumption. Further, the avoided greenhouse gas (GHG) emissions associated with electricity generation from traditional sources and transportation and distribution (T&D) losses are calculated. The results illustrate huge savings in GHGs. In BIPV different types of façade and backsheets are used. In this thesis, selected backsheets and façade were characterized in terms of their surface structure identification using infrared spectroscopy (FTIR-ATR), scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray (SEM-EDX) and physical characterization using surface energy measurements. By using FTIR-ATR, surface polymeric materials were identified and with SEM-EDX, identification of the surface elements was possible. Surface energy measurements were useful in finding the adhesives and knowing the surface energies of the various backsheets and façade. The strength of adhesion between the facade and backsheets was studied using peel test. Four different types of adhesives were used to study the fracture pattern and peel tests values to identify the most suitable adhesive. It was found out that pretreatment increased the adhesive strength significantly.

Vuotovesien merkitys jätevesihuollossa

Yleisimmät viemäröintijärjestelmät ovat erillisviemäröinti ja sekaviemäröinti. Erillisviemä-röinnissä jäte- ja hulevedet johdetaan omissa verkostoissa. Sekaviemäröinnissä kaikki viemä-röitävät vedet virtaavat samassa verkostossa. Vuotoveden osuus jätevesiviemäriverkostossa virtaavasta jätevedestä on keskimäärin yli 30 prosenttia. Vuotovesiselvityksen avulla pyritään selvittämään vuotoveden esiintymisalueet ja mahdolliset vuotokohteet. Mallintamalla laadittu selvitys tarjoaa mahdollisuuden tarkastella verkostoa kokonaisuutena ja erilaisissa käyttötilan-teissa. Tämä työ perustuu Joensuun kantakaupungin viemäriverkostosta mallintamalla laadit-tuun vuotovesiselvitykseen. Työssä on tarkoitus selvittää vuotovesistä aiheutuvan lisäener-giantarpeen ja kasvihuonekaasupäästöjen kasvua sekä pohtia verkoston omistussuhteiden, sään ääri-ilmiöiden ja taajuusmuuttajien vaikutuksia vuotovesien hallintaan. Lisäksi selvitetään voidaanko tuloksista tehdä valtakunnallisia yleistyksiä. Joensuun viemäriverkostossa jätevesien pumppaukseen käytetystä energiasta noin 43 prosent-tia kuluu vuotovesien pumppaukseen. Siitä aiheutuu vuosittain 480 MWh:n lisäenergiantarve, joka johtaa 106 tonnin hiilidioksidipäästöihin. Lisäenergiantarpeesta aiheutuva hiilidioksidi-päästö on pieni liikenteen aiheuttamaan päästöön verrattuna. Saneerauksilla voidaan saavuttaa 60 prosentin vähennys vuotovesimäärään. Tavoitteeksi tulisi asettaa keskusta-alueella olevien sekaviemäreiden korvaaminen erillisviemäreillä esimerkiksi lähimmän 10 vuoden aikana ja vuotovesimäärän yleinen vähentäminen koko verkoston alueella. Ilmastonmuutoksen myötä yleistyvät rankkasateet lisäävät vuotovesimäärää etenkin sekaviemäröidyillä alueilla. Tämä korostaa sekaviemäröidyn verkoston korjaustoimenpiteiden tärkeyttä. Taajuusmuuttajien yleistyvä käyttö tasaa haitallisia virtaamapiikkejä. Optimaaliseksi säädetty pyörimisnopeus pienentää merkittävästi pumppujen energiankulutusta. Työstä saadut tulokset ovat valtakun-nallisella tasolla suuntaa antavia. Tarkemmat yleistykset vaativat useista erikokoisista verkos-toista tehtyjen vuotovesiselvitystulosten analysointia.

Design and Material Selection of High-Speed Rotating Electrical Machines

The increasing emphasis on energy efficiency is starting to yield results in the reduction in greenhouse gas emissions; however, the effort is still far from sufficient. Therefore, new technical solutions that will enhance the efficiency of power generation systems are required to maintain the sustainable growth rate, without spoiling the environment. A reduction in greenhouse gas emissions is only possible with new low-carbon technologies, which enable high efficiencies. The role of the rotating electrical machine development is significant in the reduction of global emissions. A high proportion of the produced and consumed electrical energy is related to electrical machines. One of the technical solutions that enables high system efficiency on both the energy production and consumption sides is high-speed electrical machines. This type of electrical machines has a high system overall efficiency, a small footprint, and a high power density compared with conventional machines. Therefore, high-speed electrical machines are favoured by the manufacturers producing, for example, microturbines, compressors, gas compression applications, and air blowers. High-speed machine technology is challenging from the design point of view, and a lot of research is in progress both in academia and industry regarding the solution development. The solid technical basis is of importance in order to make an impact in the industry considering the climate change. This work describes the multidisciplinary design principles and material development in high-speed electrical machines. First, high-speed permanent magnet synchronous machines with six slots, two poles, and tooth-coil windings are discussed in this doctoral dissertation. These machines have unique features, which help in solving rotordynamic problems and reducing the manufacturing costs. Second, the materials for the high-speed machines are discussed in this work. The materials are among the key limiting factors in electrical machines, and to overcome this limit, an in-depth analysis of the material properties and behavior is required. Moreover, high-speed machines are sometimes operating in a harsh environment because they need to be as close as possible to the rotating tool and fully exploit their advantages. This sets extra requirements for the materials applied.

Educating for Community Resilience: How the Work of Thomas Homer-Dixon and JohnDewey's Pattern of Inquiry Can Help Us Prepare for the Ecological and Social Challenges of the 21st Century

Scientists have overwhelmingly concluded that global warming occurs as a consequence of human activities and that climate change, combined with the depletion of resources, could have catastrophic consequences for the human civilization later this century. However, in political circles and in the public sphere these conclusions are not taken seriously, or they are laid aside for future generations to deal with; at the same time, significant efforts are being deployed to discredit the scientific evidence. In this thesis I have studied the positions of climate scientists as well as those of climate change deniers, and I also examined how their points of view are likely to impact the interests and habits of corporations and citizens. The work of Thomas Homer-Dixon was used as an important source for analyzing the complex interaction between our natural, economic, and social systems, and John Dewey's pattern of inquiry provided the theoretical foundation for an analysis of the current crisis and its possible solutions. No concerted action to deal with climate change has yet been taken by the leaders of the Western world; I corroborated data from four reliable sources (Hansen, 2009; IPCC, 2007; Lynas, 2007; Steffen, 2011) regarding several development scenarios and their likely consequences on greenhouse gas emissions, and I concluded that a future temperature increase of more than 2°C appears now as unavoidable. In the light of this conclusion I argue that education for increasing the resilience of smaller communities is a realistic alternative that can offer some hope in dealing with the challenges ahead.

Des enjeux juridiques concernant l'efficacité des systèmes d'échange de droits d'émission

Ce mémoire décrit et analyse différents types de systèmes d'échange de droits d'émission utilisés dans le cadre de politiques de gestion de la pollution atmosphérique. L'objectif premier est de répertorier des enjeux juridiques étant liés à l'efficacité de ces systèmes. Dans un premier temps, nous nous attardons à la structure et aux mécanismes internes des systèmes d'échange de droits d'émission. Tout d'abord, nous soulignons le fondement théorique de ce type de système. Nous évaluons par la suite la structure et certains litiges liés au système d'échange américain dans le cadre des émissions de dioxyde de soufre. Dans un deuxième temps, nous continuons la description de systèmes en nous attardant plus spécifiquement aux interactions entre les systèmes d'échange de droits d'émission et les autres politiques et règlementations environnementales (incluant d'autres systèmes d'échange d'émission) visant la même problématique environnementale.

La question de l'équité dans le cas du changement climatique

L’équité apparaît aujourd’hui comme l’un des enjeux majeurs de la négociation sur le changement climatique. Cet article procède à un état des lieux des négociations et de la question de l’équité. Le débat est actuellement confiné dans les approches économiques, qui le posent en termes de répartition des droits à émettre les gaz à effet de serre (“ partage du fardeau”). L’article montre ensuite les insuffisances du débat actuel, qui tient essentiellement en trois points: l’étroitesse et les présupposés du point de vue économique dominant, la non prise en compte des analyses venant d’autres domaines que l’analyse économique, et l’oubli du contexte historique et conceptuel dans lequel se pose le problème. Nous tentons de montrer qu’il y a urgence à élargir le débat et penser le problème en termes de définition commune d’un projet global. La question du changement climatique ne peut pas être résolue par la seule convention climat. Nous concluons en évoquant ce que pourrait être un régime international impliquant les pays en développement.

Numerical modelling of the impact of climate change on the morphology of Saint-Lawrence tributaries

Cette thèse examine les impacts sur la morphologie des tributaires du fleuve Saint-Laurent des changements dans leur débit et leur niveau de base engendrés par les changements climatiques prévus pour la période 2010–2099. Les tributaires sélectionnés (rivières Batiscan, Richelieu, Saint-Maurice, Saint-François et Yamachiche) ont été choisis en raison de leurs différences de taille, de débit et de contexte morphologique. Non seulement ces tributaires subissent-ils un régime hydrologique modifié en raison des changements climatiques, mais leur niveau de base (niveau d’eau du fleuve Saint-Laurent) sera aussi affecté. Le modèle morphodynamique en une dimension (1D) SEDROUT, à l’origine développé pour des rivières graveleuses en mode d’aggradation, a été adapté pour le contexte spécifique des tributaires des basses-terres du Saint-Laurent afin de simuler des rivières sablonneuses avec un débit quotidien variable et des fluctuations du niveau d’eau à l’aval. Un module pour simuler le partage des sédiments autour d’îles a aussi été ajouté au modèle. Le modèle ainsi amélioré (SEDROUT4-M), qui a été testé à l’aide de simulations à petite échelle et avec les conditions actuelles d’écoulement et de transport de sédiments dans quatre tributaires du fleuve Saint-Laurent, peut maintenant simuler une gamme de problèmes morphodynamiques de rivières. Les changements d’élévation du lit et d’apport en sédiments au fleuve Saint-Laurent pour la période 2010–2099 ont été simulés avec SEDROUT4-M pour les rivières Batiscan, Richelieu et Saint-François pour toutes les combinaisons de sept régimes hydrologiques (conditions actuelles et celles prédites par trois modèles de climat globaux (MCG) et deux scénarios de gaz à effet de serre) et de trois scénarios de changements du niveau de base du fleuve Saint-Laurent (aucun changement, baisse graduelle, baisse abrupte). Les impacts sur l’apport de sédiments et l’élévation du lit diffèrent entre les MCG et semblent reliés au statut des cours d’eau (selon qu’ils soient en état d’aggradation, de dégradation ou d’équilibre), ce qui illustre l’importance d’examiner plusieurs rivières avec différents modèles climatiques afin d’établir des tendances dans les effets des changements climatiques. Malgré le fait que le débit journalier moyen et le débit annuel moyen demeurent près de leur valeur actuelle dans les trois scénarios de MCG, des changements importants dans les taux de transport de sédiments simulés pour chaque tributaire sont observés. Ceci est dû à l’impact important de fortes crues plus fréquentes dans un climat futur de même qu’à l’arrivée plus hâtive de la crue printanière, ce qui résulte en une variabilité accrue dans les taux de transport en charge de fond. Certaines complications avec l’approche de modélisation en 1D pour représenter la géométrie complexe des rivières Saint-Maurice et Saint-François suggèrent qu’une approche bi-dimensionnelle (2D) devrait être sérieusement considérée afin de simuler de façon plus exacte la répartition des débits aux bifurcations autour des îles. La rivière Saint-François est utilisée comme étude de cas pour le modèle 2D H2D2, qui performe bien d’un point de vue hydraulique, mais qui requiert des ajustements pour être en mesure de pleinement simuler les ajustements morphologiques des cours d’eau.

Évaluation de la vulnérabilité des fermes productrices de maïs-grain du Québec aux variabilités et changements climatiques : les cas de Montérégie-Ouest et du Lac-Saint-Jean-Est

Réalisées aux échelles internationales et nationales, les études de vulnérabilité aux changements et à la variabilité climatiques sont peu pertinentes dans un processus de prise de décisions à des échelles géographiques plus petites qui représentent les lieux d’implantation des stratégies de réponses envisagées. Les études de vulnérabilité aux changements et à la variabilité climatiques à des échelles géographiques relativement petites dans le secteur agricole sont généralement rares, voire inexistantes au Canada, notamment au Québec. Dans le souci de combler ce vide et de favoriser un processus décisionnel plus éclairé à l’échelle de la ferme, cette étude cherchait principalement à dresser un portrait de l’évolution de la vulnérabilité des fermes productrices de maïs-grain des régions de Montérégie-Ouest et du Lac-St-Jean-Est aux changements et à la variabilité climatiques dans un contexte de multiples sources de pression. Une méthodologie générale constituée d'une évaluation de la vulnérabilité globale à partir d’une combinaison de profils de vulnérabilité aux conditions climatiques et socio-économiques a été adoptée. Pour la période de référence (1985-2005), les profils de vulnérabilité ont été dressés à l’aide d’analyses des coefficients de variation des séries temporelles de rendements et de superficies en maïs-grain. Au moyen de méthodes ethnographiques associées à une technique d’analyse multicritère, le Processus d’analyse hiérarchique (PAH), des scénarios d’indicateurs de capacité adaptative du secteur agricole susmentionné ont été développés pour la période de référence. Ceux-ci ont ensuite servi de point de départ dans l’élaboration des indicateurs de capacité de réponses des producteurs agricoles pour la période future 2010-2039. Pour celle-ci, les deux profils de vulnérabilité sont issus d’une simplification du cadre théorique de « Intergovernmental Panel on Climate Change » (IPCC) relatif aux principales composantes du concept de vulnérabilité. Pour la dimension « sensibilité » du secteur des fermes productrices de maïs-grain des deux régions agricoles aux conditions climatiques, une série de données de rendements a été simulée pour la période future. Ces simulations ont été réalisées à l’aide d’un couplage de cinq scénarios climatiques et du modèle de culture CERES-Maize de « Decision Support System for Agrotechnology Transfer » (DSSAT), version 4.0.2.0. En ce qui concerne l’évaluation de la « capacité adaptative » au cours de la période future, la construction des scénarios d’indicateurs de cette composante a été effectuée selon l’influence potentielle des grandes orientations économiques et environnementales considérées dans l’élaboration des lignes directrices des deux familles d’émissions de gaz à effet de serre (GES) A2 et A1B. L’application de la démarche méthodologique préalablement mentionnée a conduit aux principaux résultats suivants. Au cours de la période de référence, la région agricole du Lac-St-Jean-Est semblait être plus vulnérable aux conditions climatiques que celle de Montérégie-Ouest. En effet, le coefficient de variation des rendements du maïs-grain pour la région du Lac-St-Jean-Est était évalué à 0,35; tandis que celui pour la région de Montérégie-Ouest n’était que de 0,23. Toutefois, par rapport aux conditions socio-économiques, la région de Montérégie-Ouest affichait une vulnérabilité plus élevée que celle du Lac-St-Jean-Est. Les valeurs des coefficients de variation pour les superficies en maïs-grain au cours de la période de référence pour la Montérégie-Ouest et le Lac-St-Jean-Est étaient de 0,66 et 0,48, respectivement. Au cours de la période future 2010-2039, la région du Lac-St-Jean-Est serait, dans l’ensemble, toujours plus vulnérable aux conditions climatiques que celle de Montérégie-Ouest. Les valeurs moyennes des coefficients de variation pour les rendements agricoles anticipés fluctuent entre 0,21 et 0,25 pour la région de Montérégie-Ouest et entre 0,31 et 0,50 pour la région du Lac-St-Jean-Est. Néanmoins, en matière de vulnérabilité future aux conditions socio-économiques, la position relative des deux régions serait fonction du scénario de capacité adaptative considéré. Avec les orientations économiques et environnementales considérées dans l’élaboration des lignes directrices de la famille d’émission de GES A2, les indicateurs de capacité adaptative du secteur à l’étude seraient respectivement de 0,13 et 0,08 pour la Montérégie-Ouest et le Lac-St-Jean-Est. D’autre part, en considérant les lignes directrices de la famille d’émission de GES A1B, la région agricole du Lac-St-Jean-Est aurait une capacité adaptative légèrement supérieure (0,07) à celle de la Montérégie-Ouest (0,06). De façon générale, au cours de la période future, la région du Lac-St-Jean-Est devrait posséder une vulnérabilité globale plus élevée que la région de Montérégie-Ouest. Cette situation s’expliquerait principalement par une plus grande vulnérabilité de la région du Lac-St-Jean-Est aux conditions climatiques. Les résultats de cette étude doivent être appréciés dans le contexte des postulats considérés, de la méthodologie suivie et des spécificités des deux régions agricoles examinées. Essentiellement, avec l’adoption d’une démarche méthodologique simple, cette étude a révélé les caractéristiques « dynamique et relative » du concept de vulnérabilité, l’importance de l’échelle géographique et de la prise en compte d’autres sources de pression et surtout de la considération d’une approche contraire à celle du « agriculteur réfractaire aux changements » dans les travaux d’évaluation de ce concept dans le secteur agricole. Finalement, elle a aussi présenté plusieurs pistes de recherche susceptibles de contribuer à une meilleure évaluation de la vulnérabilité des agriculteurs aux changements climatiques dans un contexte de multiples sources de pression.

Un modèle explicatif des niveaux de réglementation des États américains en matière de production de gaz à effet de serre

Ce travail contribue au champ d’études sur l’adoption de politique publique des États américains en étudiant quantitativement leurs réactions à l’enjeu du réchauffement climatique. Suivant l’approche des déterminants internes, des facteurs économiques, politiques et environnementaux sont utilisés pour expliquer la densité réglementaire étatique limitant la production de gaz à effet de serre. La variable dépendante constitue la principale contribution de ce travail puisqu’elle incarne une revue exhaustive des options législatives adoptées par les États américains et les regroupe en six catégories. Les déterminants internes identifiés permettent d’expliquer pourquoi certains États sont des instigateurs ou des retardataires dans le dossier du réchauffement climatique. Les principaux facteurs explicatifs sont la présence d’une population idéologiquement libérale et de groupes d’intérêts environnementaux forts.

Les transformations microbiennes de l’azote dans les grandes rivières

Les rivières reçoivent de l'azote de leurs bassins versants et elles constituent les derniers sites de transformations des nutriments avant leur livraison aux zones côtières. Les transformations de l’azote inorganique dissous en azote gazeux sont très variables et peuvent avoir un impact à la fois sur l’eutrophisation des côtes et les émissions de gaz à effet de serre à l’échelle globale. Avec l’augmentation de la charge en azote d’origine anthropique vers les écosystèmes aquatiques, les modèles d’émissions de gaz à effet de serre prédisent une augmentation des émissions d’oxyde nitreux (N2O) dans les rivières. Les mesures directes de N2O dans le Lac Saint-Pierre (LSP), un élargissement du Fleuve Saint-Laurent (SLR) indiquent que bien qu’étant une source nette de N2O vers l'atmosphère, les flux de N2O dans LSP sont faibles comparés à ceux des autres grandes rivières et fleuves du monde. Les émissions varient saisonnièrement et inter-annuellement à cause des changements hydrologiques. Les ratios d’émissions N2O: N2 sont également influencés par l’hydrologie et de faibles ratios sont observés dans des conditions de débit d'eau plus élevée et de charge en N élevé. Dans une analyse effectuée sur plusieurs grandes rivières, la charge hydraulique des systèmes semble moduler la relation entre les flux de N2O annuels et les concentrations de nitrate dans les rivières. Dans SLR, des tapis de cyanobactéries colonisant les zones à faible concentration de nitrate sont une source nette d’azote grâce à leur capacité de fixer l’azote atmosphérique (N2). Étant donné que la fixation a lieu pendant le jour alors que les concentrations d'oxygène dans la colonne d'eau sont sursaturées, nous supposons que la fixation de l’azote est effectuée dans des micro-zones d’anoxie et/ou possiblement par des diazotrophes hétérotrophes. La fixation de N dans les tapis explique le remplacement de près de 33 % de la perte de N par dénitrification dans tout l'écosystème au cours de la période d'étude. Dans la portion du fleuve Hudson soumis à la marée, la dénitrification et la production de N2 est très variable selon le type de végétation. La dénitrification est associée à la dynamique en oxygène dissous particulière à chaque espèce durant la marée descendante. La production de N2 est extrêmement élevée dans les zones occupées par les plantes envahissantes à feuilles flottantes (Trapa natans) mais elle est négligeable dans la végétation indigène submergée. Une estimation de la production de N2 dans les lits de Trapa durant l’été, suggère que ces lits représentent une zone très active d’élimination de l’azote. En effet, les grands lits de Trapa ne représentent que 2,7% de la superficie totale de la portion de fleuve étudiée, mais ils éliminent entre 70 et 100% de l'azote total retenu dans cette section pendant les mois d'été et contribuent à près de 25% de l’élimination annuelle d’azote.

L'application du principe du pollueur-payeur à la gestion du risque environnemental et à la mutualisation des coûts de la pollution

Le but de cette étude est de déterminer qui paie pour le risque de pollution et par conséquent de vérifier si le principe du pollueur-payeur est effectivement mis en œuvre dans le domaine de la gestion du risque environnemental. Il s’agit d’examiner le degré de mutualisation de la gestion du risque dans différentes législations particulière. Les payeurs peuvent a priori se classer dans quatre catégories : les personnes dont l’activité contribue au risque de pollution, les compagnies d’assurance qui acceptent d’assurer ces personnes, les organismes ou autorités publics et les tiers. Divers exemples issus de la législation belge ou européenne seront examinés afin de déterminer s’ils sont conformes à la lettre et/ou à l’esprit du principe pollueur-payeur. Il s’agit notamment de la responsabilité civile, de la responsabilité environnementale, de la gestion des déchets et du marché de quotas d’émissions de gaz à effet de serre. Les techniques de responsabilité qui interviennent après que le dommage ait lieu et requièrent la démonstration de l’existence d’un lien de causalité ne permettent pas toujours d’assurer pleinement la fonction préventive du principe du pollueur-payeur. Elles ne constituent pas des instruments adéquats de gestion de la pollution diffuse ou chronique. En conséquence, des techniques de mutualisation de la gestion du risque environnemental se sont développées. Le recours à ces techniques de mutualisation (par le recours à l’assurance, aux fonds publics financés par la fiscalité environnementale ou aux marchés de droit d’émissions) est-il conforme au principe pollueur-payeur et permet-il d’atteindre l’objectif d’un niveau élevé de protection de l’environnement ? L’effet dissuasif du principe pollueur-payeur n’est-il pas amoindri par la mutualisation ? L’article montre que la définition du principe pollueur-payeur par la Cour de Justice de l’Union européenne est centrée sur la contribution au risque de pollution ce qui permet de recourir aux techniques de mutualisation de la gestion du risque tout en respectant le Traité sur le fonctionnement de l’Union européenne. 

Vers un marché du carbone au Québec : éléments de réflexion à la lumière de l'analyse économique du droit

Dans le cadre de la Western Climate Iniative, le Québec a déployé en 2012, un système de plafonnement et d’échange de droits d’émission de gaz à effet de serre (SPEDE). Il s’agit de l’un des premiers régimes de ce type en Amérique du Nord et celui-ci pourrait à terme, constituer l'un des maillons d’un marché commun du carbone à l’échelle du continent. Toutefois, le SPEDE appartient à une catégorie d’instruments économiques de protection de l’environnement encore peu connue des juristes. Il s’inscrit en effet dans la régulation économique de l’environnement et repose sur des notions tirées de la théorie économique, dont la rareté, la propriété et le marché. La thèse s’insère donc dans le dialogue entre juristes et économistes autour de la conception et de la mise en œuvre de ce type d’instrument. Afin d’explorer son architecture et de révéler les enjeux juridiques qui le traversent, nous avons eu recours à la méthode de l’analyse économique du droit. Celle-ci permet notamment de montrer les dynamiques d'incitation et d’efficacité qui sont à l'œuvre dans les règles qui encadrent le SPEDE. Elle permet également à donner un aperçu du rôle décisif joué par la formulation des règles de droit dans l’opérationnalisation des hypothèses économiques sous-jacentes à cette catégorie d’instrument. L’exploration est menée par l’entremise d’une modélisation progressive de l’échange de droits d’émission qui prend en compte les coûts de transaction. Le modèle proposé dans la thèse met ainsi en lumière, de manière générale, les points de friction qui sont susceptibles de survenir aux différentes étapes de l'échange de droits d'émission et qui peuvent faire obstacle à son efficacité économique. L’application du modèle aux règles du SPEDE a permis de contribuer à l’avancement des connaissances en donnant aux juristes un outil permettant de donner une cohérence et une intelligibilité à l’analyse des règles de l’échange. Elle a ainsi fourni une nomenclature des règles encadrant l’échange de droits d’émission. Cette nomenclature fait ressortir les stratégies de diversification de l’échange, d’institutionnalisation de ses modalités ainsi que les enjeux de la surveillance des marchés, dont celui des instruments dérivés adossés aux droits d’émission, dans un contexte de fragmentation des autorités de tutelle.

La dynamique spatio-temporelle des flux d’oxyde nitreux (N2O) des lacs, rivières, et étangs boréaux

L’oxyde nitreux (N2O), un puissant gaz à effet de serre (GES) ayant plus de 300 fois le potentiel de réchauffement du dioxyde de carbone (CO2), est produit par des processus microbiens du cycle de l’azote (N). Bien que les eaux de surface continentales soient reconnues comme des sites actifs de transformations de l’azote, leur intégration dans les budgets globaux de N2O comporte de nombreuses incertitudes, dont l’absence des lacs dans ces modèles. Le biome boréal est caractérisé par une des plus grandes densités d’eaux douces au monde, pourtant aucune évaluation exhaustive des émissions aquatiques de N2O n’a à date été conduite dans cette région. Dans la présente étude, nous avons mesuré les concentrations de N2O à travers une large gamme de lacs, rivières, et étangs, dans quatre régions boréales du Québec (Canada), et nous avons calculé les flux eau-air résultants. Les flux nets fluctuent entre -23.1 et 177.9 μmol m-2 J-1, avec une grande variabilité inter-système, inter-régionale, et saisonnière. Étonnamment, 40% des systèmes échantillonnés agissaient en tant que puits de N2O durant l’été, et le réseau d’eaux de surfaces d’une des régions était un net consommateur de N2O. Les concentrations maximales de N2O ont été mesurées en hiver dû à l’accumulation de ce gaz sous la glace. Nous avons estimé que l’émission qui en résulte lors de la fonte des glaces représente 20% des émissions annuelles des eaux douces. Parmi les types d’eaux douces échantillonnées, les lacs sont les principaux responsables du flux aquatique net (jusqu’à 90%), et doivent donc être intégrés dans les budgets globaux de N2O. En se basant sur les données empiriques de la littérature, nous avons éstimé l’émission globale de N2O des eaux douces à 0.78 Tg N (N2O) an-1. Ce chiffre est influencé par les émissions des régions de hautes latitudes (tel que le biome boréal) dont les flux nets varient de positif à négatif constituant -9 à 27 % du total.