L'objet de ce travail de maîtrise était le développement d'un programme de simulation aussi proche que possible de l'idéal proposé par Mason (1976). En fait, notre choix s'est porté sur un modèle colonne à bilan d'énergie qui met l'emphase sur le calcul des effets locaux. Enfin, nous avons utilisé ce modèle pour quantifier l'importance relative de la circulation générale et des effets locaux dans le climat d'une région. Pour parvenir à ces résultats, nous calculons les échanges dûs à des phénomènes d'origine locale: - l'énergie solaire incidente, absorbée et réfléchie - les échanges d'énergie infrarouge dans l'atmosphère en utilisant une méthode composite de celles de Simpson (1928) et d'Elsasser (1942) - les échanges d'énergie par conduction dans le sol à l'aide des théories et des mesures de Lettau (1954 et Sellers (1965) De plus, nous paramétrisons les effets liés à la circulation générale: - la densité des nuages au-dessus de la région étudiée (à partir de statistiques locales) - les phénomènes convectifs et le cycle de l'eau à l'aide de la paramétrisation de Rennick (1978) Les principaux résultats que nous avons obtenus sont une simulation raisonnablement exacte du climat estival de la région Saguenay-Lac St-Jean, (province de Québec, latitude 48 degrés nord) incluant un calcul de l'advection. En effet, nous avons calculé que la région exportait, entre Mai et Septembre, une quantité d'énergie équivalente à dix pour cent de l'énergie solaire absorbée pendant l'été ce qui provoque une diminution du maximum de la température annuelle de l'ordre de 4OC. Enfin, pour démontrer les possibilités du modèle, nous avons montré la méthode qu'il serait possible d'employer pour calculer les flux d'énergie méridionaux à l'aide du simulateur et comparer ces calculs aux mesures du transport d'énergie aérien par Oort et Rasmusson (1971). Cette dernière méthode semble fournir un moyen de calculer le transport d'énergie océanique, extrêmement difficile à mesurer directement. Notre modèle de simulation a atteint les objectifs que nous nous étions fixés au départ; et en lui incorporant les améliorations suggérées dans la conclusion, nous aurions un simulateur versatile et facile à utiliser pour de multiples recherches.

L'objet de ce travail de maîtrise était le développement d'un programme de simulation aussi proche que possible de l'idéal proposé par Mason (1976). En fait, notre choix s'est porté sur un modèle colonne à bilan d'énergie qui met l'emphase sur le calcul des effets locaux. Enfin, nous avons utilisé ce modèle pour quantifier l'importance relative de la circulation générale et des effets locaux dans le climat d'une région. Pour parvenir à ces résultats, nous calculons les échanges dûs à des phénomènes d'origine locale: - l'énergie solaire incidente, absorbée et réfléchie - les échanges d'énergie infrarouge dans l'atmosphère en utilisant une méthode composite de celles de Simpson (1928) et d'Elsasser (1942) - les échanges d'énergie par conduction dans le sol à l'aide des théories et des mesures de Lettau (1954 et Sellers (1965) De plus, nous paramétrisons les effets liés à la circulation générale: - la densité des nuages au-dessus de la région étudiée (à partir de statistiques locales) - les phénomènes convectifs et le cycle de l'eau à l'aide de la paramétrisation de Rennick (1978) Les principaux résultats que nous avons obtenus sont une simulation raisonnablement exacte du climat estival de la région Saguenay-Lac St-Jean, (province de Québec, latitude 48 degrés nord) incluant un calcul de l'advection. En effet, nous avons calculé que la région exportait, entre Mai et Septembre, une quantité d'énergie équivalente à dix pour cent de l'énergie solaire absorbée pendant l'été ce qui provoque une diminution du maximum de la température annuelle de l'ordre de 4OC. Enfin, pour démontrer les possibilités du modèle, nous avons montré la méthode qu'il serait possible d'employer pour calculer les flux d'énergie méridionaux à l'aide du simulateur et comparer ces calculs aux mesures du transport d'énergie aérien par Oort et Rasmusson (1971). Cette dernière méthode semble fournir un moyen de calculer le transport d'énergie océanique, extrêmement difficile à mesurer directement. Notre modèle de simulation a atteint les objectifs que nous nous étions fixés au départ; et en lui incorporant les améliorations suggérées dans la conclusion, nous aurions un simulateur versatile et facile à utiliser pour de multiples recherches.

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Dans le cadre de ce mémoire de maîtrise, une méthode de détermination de la résistance à la traction de la glace atmosphérique a été développée. Dans cette méthode, la glace est formée à partir de gouttelettes d'eau surfondues qui viennent frapper un cylindre en aluminium et en laiton qui tourne à un tour par minute dans la section d'essai d'une soufflerie placée à l'intérieur d'une chambre froide. Les gouttelettes d'eau surfondues sont produites par un gicleur alimenté en air et en eau, dont les pressions d'alimentation sont ajustées par des servo-vannes contrôlées par un micro-ordinateur. Les programmes développés pour contrôler ces pressions d'alimentation permettent aux gouttelettes d'eau d'atteindre l'état d'équilibre cinétique et thermodynamique avec l'écoulement d'air. Des essais de traction utilisant des jauges de déformation ont démontré que le montage développé précédemment lors des recherches du Groupe de Recherche en Ingénierie de l'Environnement Atmosphérique (G.R.I.E.A.) de l'Université du Québec à Chicoutimi (U.Q.A.C.), engendrait des problèmes qui peuvent influencer les résultats. Le nouveau montage développé a permis d'éliminer l'effet d'adhésion au centre des échantillons de glace. Il a aussi permis d'appliquer une charge plus uniformément répartie sur la section de glace, donc un taux de déformation plus uniforme. C'est à une température de -14°C et pour une vitesse du vent de 23 m/s, avec un diamètre de gouttelettes d=40 Um et une teneur en eau de 1,2 g/m3, qu'il y a eu le plus d'essais de traction réalisés. Ces conditions de formation, qui d'après les études précédentes réalisées à l'U.Q.A.C. correspondent à la résistance maximum de la glace atmosphérique, ont permis d'étudier l'influence du taux de déformation sur la résistance en traction de la glace atmosphérique. Une résistance maximum de 5 MPa avait été mesurée avec l'ancien montage, comparativement à une résistance maximum de 2,48 MPa avec le nouveau montage, pour un taux de déformation interpolé égal à 2 x 10-6 s-1. L'étude montre de plus que le nouveau montage donne des résultats plus constants. Les modèles empiriques développés à partir des résultats ont montré que la résistance à la traction de la glace atmosphérique augmente avec le taux de déformation dans le domaine ductile, i.e. pour les taux de déformation inférieurs à environ 2 x 10-6 s-1 et qu'elle diminue pour les taux de déformation supérieurs correspondants au domaine fragile, ce qui est conforme à ce qui avait déjà été démontré dans les études antérieures et dans le cas de la glace de lac et de rivière.

Les gouttes contenues dans les pluies verglaçantes, provoquant le verglas, diffèrent de celles obtenues dans les nuages givrants; leur diamètre est environ 20 fois plus grand. On doit donc tenir compte de la gravité, ce qui n'avait jamais été fait auparavant. Un terme relié à la forme gravitationnelle est ajouté à la force d'inertie et de traînée dans les équations décrivant le mouvement de gouttelettes d'eau dans un courant d'air autour d'un cylindre. La technique des éléments finis est utilisée pour obtenir la solution des équations. A partir des équations différentielles non-linéaires, et en utilisant la méthode de Newton-Raphson pour la solution de ces équations, les résultats donnent les vitesses pour un champ de gouttelettes. La direction à la surface du cylindre de la vitesse de ces gouttelettes, donne le coefficient de captation locale, à partir duquel, le coefficient de captation totale est trouvé en intégrant numériquement. Les résultats du coefficient de captation total pour une vitesse d'eau adimensionnelle influencée par la gravité, semble donner les mêmes résultats que ceux obtenus par McComber et Touzot 1981, sans gravité. Les résultats montrent que, pour les conditions de pluies verglaçantes, le coefficient de captation total varie de 0,97 à 0,99. Les ouvrages montrant la grosseur des gouttes provoquant le verglas sont très rares. Par conséquent, les résultats du diamètre des gouttes originent de la région de Montréal et des environs. Quant à la vitesse du vent, elle est calculée en fonction de la température. Le maillage utilisé ne permet que le calcul du coefficient de captation en amont du cylindre seulement.

Dans le cadre de ce mémoire de maîtrise, une méthode de détermination de la résistance à la traction de la glace atmosphérique a été développée. Dans cette méthode, la glace est formée à partir de gouttelettes d'eau surfondues qui viennent frapper un cylindre en aluminium et en laiton qui tourne à un tour par minute dans la section d'essai d'une soufflerie placée à l'intérieur d'une chambre froide. Les gouttelettes d'eau surfondues sont produites par un gicleur alimenté en air et en eau, dont les pressions d'alimentation sont ajustées par des servo-vannes contrôlées par un micro-ordinateur. Les programmes développés pour contrôler ces pressions d'alimentation permettent aux gouttelettes d'eau d'atteindre l'état d'équilibre cinétique et thermodynamique avec l'écoulement d'air. Des essais de traction utilisant des jauges de déformation ont démontré que le montage développé précédemment lors des recherches du Groupe de Recherche en Ingénierie de l'Environnement Atmosphérique (G.R.I.E.A.) de l'Université du Québec à Chicoutimi (U.Q.A.C.), engendrait des problèmes qui peuvent influencer les résultats. Le nouveau montage développé a permis d'éliminer l'effet d'adhésion au centre des échantillons de glace. Il a aussi permis d'appliquer une charge plus uniformément répartie sur la section de glace, donc un taux de déformation plus uniforme. C'est à une température de -14°C et pour une vitesse du vent de 23 m/s, avec un diamètre de gouttelettes d=40 Um et une teneur en eau de 1,2 g/m3, qu'il y a eu le plus d'essais de traction réalisés. Ces conditions de formation, qui d'après les études précédentes réalisées à l'U.Q.A.C. correspondent à la résistance maximum de la glace atmosphérique, ont permis d'étudier l'influence du taux de déformation sur la résistance en traction de la glace atmosphérique. Une résistance maximum de 5 MPa avait été mesurée avec l'ancien montage, comparativement à une résistance maximum de 2,48 MPa avec le nouveau montage, pour un taux de déformation interpolé égal à 2 x 10-6 s-1. L'étude montre de plus que le nouveau montage donne des résultats plus constants. Les modèles empiriques développés à partir des résultats ont montré que la résistance à la traction de la glace atmosphérique augmente avec le taux de déformation dans le domaine ductile, i.e. pour les taux de déformation inférieurs à environ 2 x 10-6 s-1 et qu'elle diminue pour les taux de déformation supérieurs correspondants au domaine fragile, ce qui est conforme à ce qui avait déjà été démontré dans les études antérieures et dans le cas de la glace de lac et de rivière.

Les gouttes contenues dans les pluies verglaçantes, provoquant le verglas, diffèrent de celles obtenues dans les nuages givrants; leur diamètre est environ 20 fois plus grand. On doit donc tenir compte de la gravité, ce qui n'avait jamais été fait auparavant. Un terme relié à la forme gravitationnelle est ajouté à la force d'inertie et de traînée dans les équations décrivant le mouvement de gouttelettes d'eau dans un courant d'air autour d'un cylindre. La technique des éléments finis est utilisée pour obtenir la solution des équations. A partir des équations différentielles non-linéaires, et en utilisant la méthode de Newton-Raphson pour la solution de ces équations, les résultats donnent les vitesses pour un champ de gouttelettes. La direction à la surface du cylindre de la vitesse de ces gouttelettes, donne le coefficient de captation locale, à partir duquel, le coefficient de captation totale est trouvé en intégrant numériquement. Les résultats du coefficient de captation total pour une vitesse d'eau adimensionnelle influencée par la gravité, semble donner les mêmes résultats que ceux obtenus par McComber et Touzot 1981, sans gravité. Les résultats montrent que, pour les conditions de pluies verglaçantes, le coefficient de captation total varie de 0,97 à 0,99. Les ouvrages montrant la grosseur des gouttes provoquant le verglas sont très rares. Par conséquent, les résultats du diamètre des gouttes originent de la région de Montréal et des environs. Quant à la vitesse du vent, elle est calculée en fonction de la température. Le maillage utilisé ne permet que le calcul du coefficient de captation en amont du cylindre seulement.

Le réchauffement climatique contemporain et l'expansion du réseau d'infrastructures en Arctique exercent de multiples stress sur les écosystèmes lacustres de ces régions polaires. En considérant l'importance des changements attendus en Arctique au cours des prochaines décennies, il apparaît essentiel d'approfondir notre compréhension de l'évolution historique de ces écosystèmes afin de mieux anticiper les impacts du réchauffement actuel sur les écosystèmes et les populations arctiques et extra-polaires. Le présent projet visait à rendre compte de l'évolution des conditions environnementales et climatiques qui ont prévalu au cours des derniers 300 ans dans le Nord du Labrador par l'utilisation d'une approche paléoenvironnementale fondée sur l'analyse des assemblages fossiles de diatomées. Si le Labrador semble faire preuve d'une grande resilience aux changements climatiques de l'Holocène supérieur, peu d'études portent actuellement sur l'évolution récente (~ 150 ans) du climat de cette région. Dans le but de densifier le réseau d'observations paléoenvironnementales au Nord du Labrador, deux lacs situés dans la région de Saglek ont été échantillonnés en août 2008 dans le cadre d'un projet de recherche du réseau ArcticNet : Comprendre et répondre aux effets des changements climatiques et de la modernisation au Nunatsiavut Les résultats obtenus témoignent de changements limnologiques relativement faibles par comparaison à ce qui prévaut dans de nombreuses régions polaires de l'Hémisphère Nord (Archipel arctique canadien, Ouest de l'Arctique canadien, Fennoscandie, Nord du Groenland) où des changements biologiques abruptes ont été rapportés ces dernières décennies. Nos observations suggèrent donc que le climat de la région de Saglek soit demeuré stable au cours des 300 dernières années et que l'ampleur du réchauffement global y ait été négligeable tout au long du 20e siècle. Si les résultats présentés dans le cadre de cette étude semblent contredire l'actuel scénario de réchauffement global largement documenté à travers l'Arctique, ils font écho à de nombreux projets réalisées dans la portion nord du Québec et du Labrador où aucune évidence significative du réchauffement contemporain n'avait été observée jusqu'à tout récemment.

Dans le but d'établir un modèle informatique empirique visant à prédire l'évolution temporelle des charges mécaniques dues à l'accumulation de la glace atmosphérique sur les conducteurs de transport d'énergie électrique, cinq architectures de réseaux de neurones artificiels ont été étudiées et comparées. Deux réseaux de nature statique, soit le Perceptron multicouches (MLP) et le réseau à fonctions de base radiales (RBF), ainsi que deux réseaux orientés vers le traitement temporel, soit le réseau à réponse impulsionnelle finie (FIR) et le réseau récurrent Elman, ont été comparés à la régression linéaire multiple (ADALINE). Les données utilisées pour faire l'entraînement des modèles basés sur les réseaux de neurones proviennent du site instrumenté du Mont-Bélair qui fait partie du système de surveillance en temps réel SYGIVRE d'Hydro-Québec. On retrouve sur ce site une ligne de 315 kV dotée d'un capteur de force pour la mesure des forces mécaniques, plusieurs instruments météorologiques standards ainsi qu'un givromètre permettant d'évaluer l'intensité des conditions givrantes environnantes. Les modèles créés dans le cadre de cette recherche utilisèrent la température ambiante, la vitesse normale du vent et le signal du givromètre comme paramètres d'entrée et le signal de charge (ou son taux de variation) comme paramètre de sortie. Les résultats indiquent que les réseaux de neurones (le FIR par exemple) constituent un outil prédictif potentiellement avantageux ayant une puissance de représentation supérieure à des techniques statistiques simples comme la régression linéaire multiple. Les réseaux de neurones de nature statique donnent généralement de moins bons résultats que les réseaux orientés vers le traitement temporel et semblent donc moins adéquats. Toutefois, les performances affichées par les modèles montrent bien que la problématique de la prédiction des charges mécaniques de glace atmosphérique est plutôt difficile et qu'il ne faut pas considérer les réseaux de neurones comme une solution magique. L'utilisation de l'historique passé du signal de sortie comme variable d'entrée supplémentaire améliore notablement la situation cependant dans le cadre d'une prédiction en avance. Dans ce cas, les modèles fournissent une prédiction raisonnablement précise.

Dans le but d'établir un modèle informatique empirique visant à prédire l'évolution temporelle des charges mécaniques dues à l'accumulation de la glace atmosphérique sur les conducteurs de transport d'énergie électrique, cinq architectures de réseaux de neurones artificiels ont été étudiées et comparées. Deux réseaux de nature statique, soit le Perceptron multicouches (MLP) et le réseau à fonctions de base radiales (RBF), ainsi que deux réseaux orientés vers le traitement temporel, soit le réseau à réponse impulsionnelle finie (FIR) et le réseau récurrent Elman, ont été comparés à la régression linéaire multiple (ADALINE). Les données utilisées pour faire l'entraînement des modèles basés sur les réseaux de neurones proviennent du site instrumenté du Mont-Bélair qui fait partie du système de surveillance en temps réel SYGIVRE d'Hydro-Québec. On retrouve sur ce site une ligne de 315 kV dotée d'un capteur de force pour la mesure des forces mécaniques, plusieurs instruments météorologiques standards ainsi qu'un givromètre permettant d'évaluer l'intensité des conditions givrantes environnantes. Les modèles créés dans le cadre de cette recherche utilisèrent la température ambiante, la vitesse normale du vent et le signal du givromètre comme paramètres d'entrée et le signal de charge (ou son taux de variation) comme paramètre de sortie. Les résultats indiquent que les réseaux de neurones (le FIR par exemple) constituent un outil prédictif potentiellement avantageux ayant une puissance de représentation supérieure à des techniques statistiques simples comme la régression linéaire multiple. Les réseaux de neurones de nature statique donnent généralement de moins bons résultats que les réseaux orientés vers le traitement temporel et semblent donc moins adéquats. Toutefois, les performances affichées par les modèles montrent bien que la problématique de la prédiction des charges mécaniques de glace atmosphérique est plutôt difficile et qu'il ne faut pas considérer les réseaux de neurones comme une solution magique. L'utilisation de l'historique passé du signal de sortie comme variable d'entrée supplémentaire améliore notablement la situation cependant dans le cadre d'une prédiction en avance. Dans ce cas, les modèles fournissent une prédiction raisonnablement précise.