Texte remanié de: Th. doct.--University of Alabama, 1990. / Bibliogr. p. 379-446. Index.

Th. doct.-ing.--Écol.--Rennes 1, 1985. N°: 192.

Akademisk avhandling--Arkeologi--Stockholm, 1979. / Bibliogr. p. 231-246.

Th. 3e cycle--Géogr. phys.--Caen, 1987.

Th. doct.-ing.--Méc. des fluides--Toulouse--I.N.P., 1980. N°: 109.

Le défi relevé dans ce mémoire est d'élaborer un nouveau modèle d'écoulement « Q3D » permettant le calcul des débits dans les cours d'eau naturels, en présence et absence d'un couvert de glace, à partir des relevés de vitesses et de profondeurs enregistrés par un instrument installé dans le fond du cours d'eau. Ce modèle, dans sa composante d'éléments finis, résout l'équation de Poisson pour générer la forme de la distribution des isotâches (contours d'égale vitesse). Les vitesses sont ensuite obtenues à l'aide de l'équation proposée par l'auteur du modèle POME (Principle Of Maximum Entropy) reliant ces contours au degré de turbulence caractérisant l'écoulement. Q3D est testé sur les données provenant des instruments SONTEK Argonaut Shallow water (SW) installés à deux sites voisins sur la rivière Châteauguay, QC. Les premiers résultats obtenus indiquent que Q3D reste stable dans l'estimation des paramètres hydrauliques, malgré le changement des conditions d'écoulement. La comparaison des débits du modèle Q3D avec les jaugeages réalisés indique que Q3D est sensible à la forme géométrique de la section d'écoulement. En ayant l'information d'un seul jaugeage, il est possible d'introduire un facteur de correction des débits. Une fois appliqué, Q3D présente des résultats excellents : Pour le site aval de Châteauguay, été comme hiver, 12 fois sur 13 l'erreur sur le débit est inférieure à 7%. Cela est très prometteur pour de futures investigations. / This study introduces a new model "Q3D" to calculate flow in the natural rivers during summer and winter conditions using velocity and depth data obtained by an instrument installed in the bottom of the river. The model uses a finite element mesh to solve the Poisson's equation to generate the form of the distribution of the isovels (contours equal velocity) in the gauged cross-section. As a function of turbulence intensity, numerical values are then assigned to the isovels using the equation suggested by the authors of the POME model (Principle Of Maximum Entropy). Q3D is tested on the data of the Châteauguay River, QC. Results indicate that Q3D remains stable in the estimate of the hydraulic parameters for a wide variety of flow conditions. The comparison of Q3D with measured discharges indicates that Q3D is sensitive to the geometrical form of the cross-section of stream. However, when one single gauging is used to calibrate Q3D, it yields excellent results: the error in discharge was less than 7% in 12 times out of 13 measurements. Therefore, winter or summer, Q3D is a very promising candidate for use in conjunction with the velocity index methods to monitor streamflow.

Sous l’initiative de l’Université Laval, un projet collaboratif a été mis sur pied afin de répondre au besoin des municipalités régionales de comté (MRC) d’avoir un outil pour les aider à procéder à la création d’un plan d’action face à la gestion et l’aménagement de leurs cours d’eau. Ce projet, qui inclut la participation de l’Université de Concordia et l’Institut de Recherche et Développement en Agroenvironnement (IRDA), a comme objectif de développer un outil informatique qui permet d’effectuer des analyses de cours d’eau pour identifier les zones problématiques potentielles. Dans ce cadre, le projet de maîtrise a consisté à participer au développement du progiciel. Les objectifs du projet de maîtrise ont été de supporter le projet en effectuant une revue de littérature, de participer à son développement, de valider que le progiciel puisse bien diagnostiquer certaines problématiques d’un cours d’eau et, finalement, de valider les méthodes de traitements répertoriés. Supporté par la revue de littérature, le progiciel développé est constitué de onze outils qui permettent de produire les éléments nécessaires à l’analyse des cours d’eau. De ces onze outils, dix ont été supportés (testés et documentés) et un a été complètement développé dans le cadre du projet de maîtrise pour intégrer l’outil «Qmax_PBV» qui permet de calculer les débits maximaux. Les données produites par le progiciel nous confirment la possibilité d’effectuer un diagnostic d’un bassin versant agricole. À partir des données du progiciel, les différents profils transversaux ont été caractérisés soit comme les profils stables, ceux qui s’érodent ainsi que ceux qui présentent de la sédimentation. De cette caractérisation, les observations notées sur le terrain ont été confirmées. Finalement, la méthode d’extraction des profils transversaux qui a été utilisée dans l’un des outils du progiciel a été validée dans le cadre du projet. La méthode de définir des profils transversaux à partir de relevés LiDAR (Roelens et al., 2016) avait été développée avec des LiDAR de densité de 16 pts/m2. L’objectif a été de définir s’il est possible de l’appliquer avec un LiDAR d’une densité de 1pt/m2. L’évaluation qualitative de 21 profils nous a permis de déterminer que la largeur minimale de la zone d’échantillonnage de points LiDAR considérée comme convenable pour l’obtention des profils est de 6 m.

Les considérations environnementales occupent une place croissante dans l'opinion publique ainsi que dans les politiques nationales et internationales. Le cas de la rivière en est un exemple particulièrement frappant : au centre d'enjeux multiples et pour certains hautement stratégiques (énergie, irrigation), elle est le théâtre d'un conflit d'usages donnant lieu à l'établissement de compromis particulièrement fins pour la gestion de la ressource. Dans les approches les plus courantes, la description de l'état et du fonctionnement d'un hydrosystème tel que celui de la rivière est effectuée par la mesure de variables physiques ou la mise en relation des variables d'intérêt avec les paramètres physiques quantifiables caractérisant le milieu (modèles hydrauliques, modèles hydrobiologiques). L'objectif de ce travail est donc de proposer une réponse à la question de la mesure de la géométrie de la rivière par télédétection. On s'attache tout d'abord à décrire le contexte particulier de la rivière mentionné plus haut puis à effectuer un état de l'art faisant ressortir une lacune pour la restitution du relief immergé par stéréo à travers l'eau avec des moyens légers. On propose ensuite une méthode complète d'acquisition d'images et de traitements permettant d'estimer le relief immergé de rivière. Le travail effectué repose sur la mise en oeuvre de moyens technologiques légers permettant une grande flexibilité pour l'acquisition des données. On se base sur les méthodes de stéréorestitution du relief, pour lesquelles on propose une adaptation au contexte spécifique de la photogrammétrie à travers l'eau. Enfin, on met en place des méthodes de correction des mesures brutes intégrant des contraintes a priori (cohérence hydraulique ; cohérence spatiale) pour la correction de l'effet de réfraction. L'application de la méthode développée en conditions opérationnelles sur une rivière peu profonde à fond de galets montre que la mesure du relief immergé par stéréophotogrammétrie est possible, et permet une représentation de la topographie du lit d'une qualité compatible avec les modèles hydrobiologiques (modèles habitat-poisson). On a ainsi développé, testé, validé et determiné les conditions d'application d'une méthode de mesure de la géométrie de la rivière par télédétection originale et complémentaire des technologies existantes.

Au Canada, comme dans de nombreux pays de l'OCDE (Organisation de Coopération et de Développement Économiques), l'exploitation plus efficace des actifs hydroélectriques existants devient de plus en plus pertinente. Le fonctionnement optimal d'un système hydroélectrique est un problème de prise de décision séquentielle. Une séquence de décisions de soutirage d'eau doit être déterminée sur une période de planification donnée en tenant compte de diverses contraintes physiques et écologiques. Étant donné que cette période de planification peut s'étendre sur un futur plus ou moins lointain, les décisions de soutirage sont influencées par la disponibilité de prévisions hydrologiques fiables, y compris les systèmes de prévisions hydrologiques d'ensemble (H-EPS). Les hydrologues s'appuient souvent sur des scores statistiques pour évaluer la fiabilité et l'exactitude du H-EPS, mais ces scores ne donnent aucune indication sur la valeur économique des prévisions. Cette étude cherche à identifier les attributs les plus pertinents des prévisions hydrologiques d'ensemble en production hydroélectrique. Pour ce faire, un large ensemble de prévisions est construit à partir de 20 modèles hydrologiques et de prévisions météorologiques d'ensemble de 50 membres sur une période de 6 ans (2011-2016). De ce large ensemble, plusieurs H-EPS sont ensuite produits (configurés) et utilisés par un modèle d'optimisation hydroélectrique. La gestion du système hydrique est ensuite simulée en horizon roulant sur une période de 6 ans (2011-2016). Les résultats de la simulation indiquent qu'il existe une tendance entre la qualité globale et la valeur de la prévision en termes deproduction d'énergie, mais que cette relation n'est pas directement proportionnelle (1 :1). La configuration multimodèle fonctionne un peu mieux que les autres configurations. De plus, les résultats de la simulation montrent que les prévisions d'ensemble à court terme (CT) ont dela valeur, mais la marge d'amélioration se situe clairement dans les prévisions à moyen terme(MT, saisonnières), car un grand réservoir en amont contrôle la disponibilité de l'eau dans tout le système. Par ailleurs, les prévisions probabilistes donnent de meilleures performances que les déterministes, car elles donnent des informations sur l'incertitude du modèle d'optimisation.Enfin, les prévisions CT ont de la valeur tandis que les modèles d'optimisation CT-MT sont couplés. / In Canada, like in many OECD (Organization for Economic Co-operation and Development) countries, the more efficient use of existing hydropower assets is becoming increasingly relevant.The optimal operation of a hydroelectric system is a sequential decision making problem. A sequence of release decisions must be determined over a given planning period taking into account a variety of physical and ecological constraints. Since this planning period may extend over a more or less distant future, release decisions are influenced by the availability of reliable hydrologic forecasts, including hydrological ensemble prediction systems (H-EPS).Hydrologists often rely on statistical scores to assess the reliability and accuracy of H-EPS,but those scores do not give any indication of the economic value of the forecasts. This studyseeks to identify the most relevant attributes of ensemble hydrological forecasts in hydropower production. To do this, a large set of forecasts is built from 20 hydrological models and ensemble meteorological forecasts of 50 members over a period of 6 years (2011-2016). From this large set, several H-EPS are then produced (configured) and used by a hydroelectric optimization model. The management of the water system is then simulated on a rolling horizon over a period of 6 years (2011-2016). The simulation results indicate that there is a trend between the overall quality and the value of the forecast in terms of energy production,but that this relationship is not directly proportional (1: 1). The multi-model setup works a bit better than the other setups. In addition, the simulation results show that the ensemble forecast at short-term (ST) has value, but the room for improvement is clearly in the forecastat mid-term (MT, seasonal), as a large reservoir upstream controls the availability of water throughout the system. In addition, probabilistic forecasts give better performance than determinists, because they provide information on the uncertainty of the optimization model.Finally, ST forecasts have value while ST-MT optimization models are coupled.

La rivière Chaudière, ce cours d'eau de la rive sud du Saint-Laurent à Québec, s'est vu être la source de multiples inondations dans l'histoire beauceronne. Une partie importante de ses colères est attribuable aux embâcles de glace et à l'inévitable débâcle qui les initie. La compréhension des causes de ces embâcles est nécessaire afin d'agir, pour le mieux, sur le phénomène d'embâcle et cette étude s'inscrit dans cette ligne de pensée. L'étude vise à décrire, caractériser et quantifier la dynamique spatio-temporelle de la débâcle et des embâcles de glace sur la rivière Chaudière par des observations de terrain au cours des hivers 2018-2019 et 2019-2020. Pendant ces hivers, des dizaines de caméras autonomes et de GPS-trackers ont été installés à des endroits stratégiques. Grâce à cette instrumentation, à l'emploi d'outils tiers (données hydrométriques; CEHQ et COBARIC, images satellites; Sentinel-HUB) et à sa présence sur le terrain, l'auteur a pu reconstruire en détail la chronologie spatio-temporelle des débâcles sur la rivière Chaudière. Les observations montrent que les débâcles printanières s'initient d'abord en Haute Chaudière, et ensuite en Moyenne et Basse Chaudière presque simultanément. La débâcle est d'abord complétée en Haute Chaudière, ensuite en Basse Chaudière et finalement vient la Moyenne Chaudière où des vestiges d'embâcles hivernaux ont retardé le départ des glaces entre Saint-Joseph et Beauceville. Dans le segment le plus amont, la Haute Chaudière, les glaces ont été mises en mouvement lorsque le débit a atteint entre 60 et 200 m³/s (station Saint-Georges) et à un indice de dégel entre 20 et 80 °C-J. Plus à l'aval, en Moyenne Chaudière, c'est entre 220 et 1000 m³/s (station Saint-Georges), lorsque l'indice de dégel se situait entre 110 et 180 °C-J, que la majorité des glaces se sont mises en mouvement. En Basse Chaudière, c'est plutôt entre 140 et 710 m³/s (station Saint-Georges), et lorsque l'indice de dégel variait autour de 125 °C-J, que les glaces ont été évacuées du cours d'eau. Lors de ces deux saisons d'observation seulement, 51 embâcles de glace ont été répertoriés, illustrant le caractère dynamique de la Chaudière. La forte majorité d'entre eux était contenue dans le segment de la Moyenne Chaudière, démontrant sa forte capacité pour la rétention des glaces. Les plus longs, et ceux ayant contribué à des inondations, se sont formés entre Beauceville et Saint-Georges, témoignant du risque élevé qui plane sur les riverains dans ce tronçon. Les îles, bifurcations du chenal et changements de pente représentent les styles géomorphologiques les plus susceptibles d'obstruer le passage des glaces. Les relâchements d'embâcles ont engendré des ondes d'eau voyageant à des célérités de l'ordre de 1.5 m/s à 7.0 m/s. Les plus élevées ont été estimées entre Beauceville et Saint-Georges. Plus en aval, dans la section des « eaux mortes » (Moyenne Chaudière), la plaine inondable amortit l'onde et tend à réduire sa vitesse de propagation. C'est dans cette section que les plus faibles valeurs ont été estimées. Les patrons spatio-temporels de la débâcle, les seuils hydrométéorologiques de mobilisations des glaces, les sites d'embâcles et les célérités d'ondes d'eau, tous identifiés dans ce mémoire, peuvent servir à la conception d'ouvrages du génie, ainsi que pour le développement d'un système d'alerte précoce. / The Chaudière River, located on the south shore of the Saint Lawrence River, Quebec, is well known for its frequent flooding events. An important part of those floods is caused by ice jams associated with the inevitable breakup that precedes them. In order to eventually alleviate the impacts of ice jam flooding events, knowledge must be acquired from observations of the breakup dynamics, which is the aim of this study. The goal of this study is to describe, characterize and quantify the spatiotemporal dynamics of the breakup events and ice jams along the Chaudière river. During the winters 2018-2019 and 2019-2020, tens of autonomous cameras and GPS-trackers were installed at strategic locations along the river. With this instrumentation, the use of third-party tools (hydrometric data; CEHQ and COBARIC, satellite images; Sentinel-HUB) along with his presence on the field, the author was able to reconstruct the detail of each breakup events. The resulting observations showed that spring breakups are initiated in upper reach of the river, the Haute Chaudière, and then after, almost simultaneously, in the Moyenne and Basse Chaudière segments. The breakup is usually first completed in the Haute Chaudière, then in Basse Chaudière, and lastly in Moyenne Chaudière where mid-winter ice jams have been seen to delay the ice clearing between Saint-Joseph and Beauceville. In the Haute Chaudière, ice movements began when the flow rate was between 60 and 200 m³/s (Saint-Georges station) and when the ice decay index was between 20 and 80 °C-J. In Moyenne Chaudière, it is when the discharge varied from 220 to 1000 m³/s (Saint-Georges station) and when the ice decay index was between 110 to 180 °C-J that the ice moved and eventually cleared. In Basse Chaudière, ice movements were observed between 140 m³/s and 710 m³/s (station Saint-Georges), and when the ice decay index was about 125 °C-J. During these two winter seasons, 51 ice jams were observed. The vast majority of them was found in the Moyenne Chaudière reach, demonstrating its strong capacity for ice retention. The longest jams, and those that contributed to flooding, were found between Beauceville and Saint-Georges, which translates a higher risk for the riparian residents along this reach. Islands, channel bifurcations and slope changes were the most susceptible geomorphological features to initiate ice jamming. Ice jam generated water waves ('Javes') that travelled at a celerity ranging from 1.5 m/s to 7.0 m/s. In the "eaux mortes" reach (Moyenne Chaudière), the floodplains dampened the waves and therefore reduced the velocities. The highest velocities were observed between Beauceville and Saint-Georges. Breakup patterns, hydrometeorological thresholds of ice mobilization, ice jam sites and javes celerity, all identified in this thesis, can serve as basis for engineering design, including the implementation of an early warning system.