Reproduction de : Thèse de doctorat : Spectrochimie, molécules, solides, réactivité : Lille 1 : 2001.

Thèse (M.Sc.Géogr.) -- Université Laval, 2008. / "Ce mémoire est constitué de deux articles dont je suis l'auteur principal. Les co-auteurs sont les trois membres de mon comité, soit Patrick Lajeunesse (Université Laval), Guillaume St-Onge (Institut des sciences de la mer de Rimouski) et Andrée Bolduc (CGC) (voir page 1 de l'Annexe A). Le premier constitue le corps de ce mémoire et sera soumis à la "Revue canadienne des sciences de la terre" après des modifications. Le second article, déjà soumis à la revue "Geo-Marine Letters", est en annexe."--Av.-pr. Bibliogr. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Alors que pour la plupart des rivières, la rupture du couvert de glace est un processus d'amont en aval, la rupture en estuaire est un processus de l'aval vers l'amont. Les ondes de marée qui remontent l'embouchure des estuaires parviennent à fracturer la couverture de glace en morceaux lors de la marée montante et transportent ensuite ces morceaux hors de l'estuaire lors de la marée descendante. Les conditions hydrométéorologiques affectant ce processus restent peu documentées et mal comprises. À cette fin, une campagne de terrain de deux ans a été mise sur pied pour surveiller la débâcle printanière dans quatre estuaires du Québec. Les résultats ont montré que l'affaiblissement thermique de la glace est un précurseur nécessaire à la débâcle de celle-ci. D'autres facteurs comme le marnage et le débit sont aussi des paramètres importants pour prédire le type de débâcle qui sera observé. En parallèle, une simulation numérique (Hec-Ras) d'une section de la rivière Saint-Anne, au Québec, a été menée en y ajoutant un barrage à seuil gonflable (à Chute-Panet). Celui-ci permettrait de reproduire artificiellement les cycles de marées. Les critères hydrauliques montrent que l'ajout de ce type de barrage permettrait de faciliter la destruction et l'évacuation du couvert de glace avant que celui-ci ne provoque des inondations dans la ville de Saint-Raymond. Des critères empiriques et l'application de la théorie des poutres reposant sur des fondations élastiques ont aussi été utilisés pour affiner notre compréhension du phénomène de rupture en rivière gelée. Finalement, le troisième volet de cette étude porte sur la réalisation d'une maquette de rivière en laboratoire d'hydraulique. Son utilisation vise à combler les limites des modèles numériques et à étudier différents scénarios d'opération du barrage. / Whereas in most rivers ice cover breakup is an upstream-to-downstream process, ice cover breakup in estuaries is a downstream-to-upstream process. Tidal waves coming up the mouth of estuaries succeed in fracturing the cover in pieces on the flood tide and subsequently transport those pieces out of the estuary on the ebb tide. The hydrometeorological conditions affecting this process remains poorly documented and understood. For this purpose, a two-year field campaign has been developed to monitoring spring break-up on four estuaries that are tributaries to the Saint-Laurence River in Quebec. The results showed that thermal weakening of the ice is a necessary precursor to ice breakup. Other factors such as tidal range and discharge are also important parameters to predict the type of breakup that will be observed. In parallel, a numerical simulation (Hec-Ras) of a section of the Saint-Anne River, in Quebec, was conducted with the addition of an inflatable weir dam (at Chute-Panet). This construction would artificially reproduce the tidal cycles. Hydraulic criteria showed that the addition of this type of dam would facilitate the destruction and evacuation of the ice cover before it caused flooding in the town of Saint-Raymond. Empirical criteria and the application of the theory of beams on elastic foundations were also used to refine our understanding of the frozen river failure phenomenon. Finally, the third part of this study deals with the realization of a river model in a hydraulic laboratory. Its use aims at filling the limits of the numerical models and at studying various scenarios of operation of the dam.

Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences naturelles. Géologie : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 478. Textes en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 45-51. Liste des publications et communications.

Le silicium (Si) sous forme dissoute (DSi) est indispensable à la croissance des diatomées, (microalgues) qui sont un élément clé des réseaux trophiques aquatiques terrestres et océaniques et qui jouent un rôle majeur dans le cycle global du carbone.<p>La construction d’un modèle global du cycle de Si le long du continuum aquatique continent-océan a permis de mettre en évidence l’importance de la zone de transition fleuve-mer pour le transfert du silicium continental vers les océans. Ce transfert est influencé par les diatomées planctoniques qui fixent le DSi et, en sédimentant, retiennent une partie du silicium continental dans les sédiments des estuaires.<p>Les modifications des flux de Si continentaux par les diatomées planctoniques dans les estuaires ont été clarifiées par :<p>1) des expériences sur l’écophysiologie d’une diatomée d’eau douce euryhaline (Cyclotella meneghiniana) particulièrement peu affectée par l’augmentation de salinité subi par le plancton lors de son transport des fleuves à la mer,<p>2) l’étude de la dissolution de la silice biogénique (bSiO2) qui constitue la coque externe des diatomées, et notamment l’effet de la salinité et des bactéries sur ce processus de recyclage du DSi,<p>3) la reconstitution du mélange des eaux et des diatomées dans un estuaire par l’expérimentation (3 espèces de diatomées dans un gradient salin artificiel) et par la construction et l’utilisation d’un modèle de Si dans la zone de mélange estuarienne.<p>Les résultats soulignent notamment l’importance des variations de salinité, de la turbidité de l’eau, de la nature des diatomées de rivière (sténohalines versus euryhalines) et de la viabilité des cellules sur les transformations et la rétention du silicium dans la zone de transition fleuve-mer. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les PCB (polychlorobiphényles), PBDE (éthers de biphényles polybromés) et OCP (pesticides organochlorés) sont des composés d’origine anthropique classés comme POP (polluants organiques persistants) dont l’usage a progressivement été restreint ou interdit. Ces composés, de par leur caractère ubiquiste, persistant et bioaccumulable, sont néanmoins toujours présents dans l’environnement, d’où l’importance de continuer à étudier leur présence, leur dynamique et leur impact. Du fait de la restriction de leurs usages, d’autres composés sont maintenant utilisés pour les remplacer, tels que les retardateurs de flamme alternatifs (RFA). Ces composés bromés et chlorés ont des propriétés physico-chimiques comparables à celles des POP précités et peuvent potentiellement constituer un danger chimique pour l’environnement. Par ailleurs, les RFA sont attendus à des niveaux de concentration plus faibles que les PCB et les PBDE que ce soit dans les compartiments biotiques et abiotiques. Ainsi, l’un des enjeux de ce travail de thèse était de développer une méthode multi-résidus, associant chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse à temps de vol, permettant d’analyser simultanément 17 RFA à des niveaux inférieurs au ng.g-1. Les niveaux et profils de contamination en POP et RFA ont ensuite été renseignés dans les compartiments biotiques et abiotiques de différents systèmes aquatiques contrastés. Le caractère bioamplifiable de ces composés a été étudié grâce à la détermination de facteurs d’amplification trophique (TMF) dans l’estuaire de la Gironde et dans le bassin du Rhône, à l’aide d’outils statistiques innovants. Dans l’estuaire de la Gironde il a été mis en évidence que certains RFA étaient autant voire plus bioamplifiables que certains POP historiques. Par ailleurs, dans le bassin du Rhône, l’utilisation des TMF comme outil prédictif, pour le BDE-47 ou la ΣPBDE-DCE par exemple, a été discutée et parait envisageable dans un cadre réglementaire. / PCBs (polychlorinated biphenyls), PBDEs (polybrominated biphenyl ethers) and OCPs (organochlorine pesticides) are anthropogenic compounds classified as POPs (Persistent Organic Pollutants), their use was restricted or prohibited. These compounds are ubiquitous, persistent and bioaccumulative and they are still present in the environment; this is the reason why it is important to continue the study of the fate and impact in the environment. Due to their usage restriction, other compounds are now used to replace them, such as alternative flame retardants (RFAs). These brominated and chlorinated compounds have physicochemical properties comparable to those of POPs and can thus be potentially hazardous to the environment. In addition, RFAs are expected to occur at lower concentrations than PCBs and PBDEs, whether in the biotic and abiotic compartments. Thus, one of the challenges of the present work was to develop a multiresidue method, based on gas chromatography coupled with a time-of-flight mass spectrometer, allowing for the simultaneous analysis of 17 RFAs at levels below ng.g-1. The levels and patterns of POP and RFA contamination were reported in the biotic and abiotic compartments of selected hydrosystems. The biomagnification potential of these compounds was also studied by determining trophic magnification factors (TMF) in the Gironde estuary and in the Rhône basin. In the Gironde estuary, it was shown that some RFA biomagnify as much or more than some historical POPs. Furthermore, in the Rhône basin, the use of TMF for predictive purpose, for BDE-47 or ΣPBDEs-WFD for example, was discussed and found possible.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 février 2024) / Les environnements fluvio-estuariens froids comme l'estuaire fluvial du Saint-Laurent (EFSL) présentent la singularité d'être affectés par un régime d'écoulement complexe et la présence d'un littoral fortement anthropisé. Ces caractéristiques complexifient l'étude des processus morphosédimentaires et de la trajectoire hydrogéomorphologique des environnements fluvio-estuariens de l'EFSL. Les analyses effectuées dans le secteur du méandre de Portneuf et de Pointe-Platon du Saint-Laurent ont permis d'identifier des liens entre la trajectoire de ces systèmes avec le régime de perturbations naturelles et anthropiques ainsi qu'avec l'évolution temporelle de leur résilience. Au Québec, l'évolution morphologique des environnements côtiers est étudiée depuis longtemps dans l'estuaire maritime et le golfe du Saint-Laurent. Toutefois, l'estuaire fluvial est demeuré en majeure partie non étudié. Ainsi, le manque de connaissances de ces systèmes et la complexité des processus qui s'y opèrent ont mené à l'implantation de structures sur le littoral et le long de la côte aménagée, et ce, sans considérer les conditions hydrodynamiques, géomorphologiques et sociétales propres à chacun des sites. C'est le cas du littoral de Portneuf sur la rive nord et de celui de Pointe-Platon, situé près du village de Sainte-Croix, sur la rive sud du Saint-Laurent, où ont été aménagés au 20e siècle des quais empiétant dans le fleuve sur un 1 km et 100 m, respectivement. Cette étude ce base sur une approche par seuillage des enregistrements hydrométéorologique (1961-2022), d'une analyse historique 2-D de l'évolution de la côte (1949-2022) et l'évolution récente 3-D de la côte (2021-2022). À l'aide de cette approche, cette étude montre que la dynamique géomorphologique des systèmes anthropisés de l'EFSL semble être davantage contrôlée par les activités humaines dans l'intervalle temporel récent. Les événements ponctuels de tempêtes n'exercent pas le même dégrée de contrôle que pour leur homologue de l'estuaire maritime et du golfe du Saint-Laurent. L'interaction entre le régime d'écoulement bimodal et les structures perpendiculaires à la côte ont participé à créer quatre sous-systèmes qui se distinguent par leur dynamique morphosédimentaire et leur résilience. De plus, cette étude illustre l'importance de la connectivité sédimentaire amont/aval dans une portion du Saint-Laurent relativement pauvre en sédiments pour le maintien de leur résilience. / Cold fluvio-estuarine environments, such as the St. Lawrence Fluvial Estuary (SLFE), have the singularity of being affected by a complex flow regime and the presence of a highly anthropized coastline. These characteristics complicate the study of morphosedimentary processes and the hydrogeomorphological trajectory of fluvio-estuarine environments in the SLFE. Analyses carried out in the Portneuf and Pointe-Platon meander sector of the SLFE have revealed links between the trajectory of these systems and the disturbance complex (natural and anthropogenic), as well as with the temporal evolution of the resilience of the systems. In Québec, the morphological evolution of coastal environments has long been studied in the Lower Estuary and Gulf of St. Lawrence, but the fluvial estuary remains largely unstudied. The lack of study and the complexity of processes and system responses have led to the construction of structures along the coastline and along the developed coast without considering the hydrodynamic, geomorphological and societal sitespecific conditions. This is the case for the Portneuf coastline on the north shore and the Pointe-Platon coastline near the village of Sainte-Croix on the south shore of the St. Lawrence River, where docks encroaching into the river for 1 km and 100 m, respectively, were built in the 20th century. This study is based on a thresholding approach of hourly hydrometeorological records (1961-2022), a 2-D historical analysis of coastline evolution (1949-2022) and recent 3-D shoreline evolution (2021-2022). Using this approach, this study shows that the geomorphological dynamism of these EFSL systems appears to be more controlled by human activities in the recent time interval. Single storm events do not exert the same degree of control as their counterparts in the Lower Estuary and Gulf of St. Lawrence. The interaction between the bimodal flow regime and the rigid structures perpendicular to the coast allowed forming four subsystems that differ in their morphosedimentary dynamics and resilience. In addition, this study illustrates the importance of upstream/downstream sediment connectivity in a relatively sediment-poor portion of the St. Lawrence River in maintaining their resilience.

Les estuaires sont constitués d'une vaste mosaïque d'habitats naturels et semi-naturels. L'objectif de cette thèse est d'étudier les végétations et les paysages végétaux des systèmes estuariens atlantique en France, en essayant de comprendre le fonctionnement et les schémas de distribution des différentes unités de végétation. La présente étude tente de mettre au point un modèle théorique commun de fonctionnement et de gradients écologiques, afin de compléter la classification et la connaissance écologique des estuaires, et une aide au suivi et à l’évaluation de l’utilisation des sols, des impacts humains, en développant un modèle spatio-temporel prédictif fondé sur la végétation réelle et potentielle, et en utilisant l'approche dynamico-caténale. Dans 8 estuaires sélectionnés, nous avons effectué des travaux sur le terrain pour une superficie totale de 98 318 ha, mettant en évidence 2 séries de végétation et 4 géopermaséries, correspondant à 131 associations végétales, 60 alliances, 43 ordres et 28 classes. Nous avons cartographié la végétation de trois estuaires représentatifs, ce qui représente une superficie totale de 74 433 ha. Un schéma synthétique des paysages végétaux estuariens est proposé, en intégrant les gradients géographiques et écologiques et les formes géomorphologiques. / Estuaries generally include a wide mosaic of natural and semi-natural habitats. The objective of this thesis is to study the vegetation and Plant Landscape of French Atlantic estuarine Systems, trying to understand the functioning and the plant distribution patterns. The present study tries to carry out a theoretical common model of functioning and ecological gradients, in order to make a basis to improve their classification and ecological studies, and to Help the monitoring and assessment of land uses, land forms transformation and human impacts : developping a spatio-temporal predictive model based on actual and potential vegetation, using the dynamico-catenal approach.The study area corresponds to the Atlantic French estuaries. In 8 selected estuaries, we undertook fieldworks for a total of 98315 ha, highlighting 2 vegetation series and 4 geopermaseries, corresponding to 131 plant associations, 60 alliances, 43 ordos and 28 classes. We mapped the vegetation of three representative estuaries for a total of 74433 ha. A synthetic scheme of estuary vegetation landscape is proposed, integrating geographical and ecological gradients as well as geomorphologic forms.

Les déficits chroniques en oxygène et l'eutrophisation, conséquence des nombreux apports résultant des activités humaines, ont été mes principales thématiques de recherche. En effet les déterminismes de ces phénomènes ou la quantification des relations de causes à effet restent mal connus. Ma méthode de travail se base sur le développement et l'utilisation de modèles mathématiques déterministes. Le nécessaire couplage avec des approches de terrain et en laboratoire a été rendu possible par mon intégration dans des programmes nationaux interdisciplinaires, PIREN SEINE et SEINE-AVAL. Le système étudié, la Seine, est un fleuve modeste pour lequel les impacts des activités humaines sont particulièrement importants. À la suite de ma thèse, mes recherches ont eu pour objectif de mieux comprendre les relations quantitatives entre les rejets urbains de temps de pluie (RUTPs) et les déficits en oxygène observés. Partant du constat que des modèles simplifiés étaient peu aptes à les caractériser, l'objectif a été d'analyser les processus responsables de ces déficits. Des mesures in situ ont été exploitées avec le modèle PROSE, développé pendant ma thèse, couplant un modèle hydrodynamique basé sur les équations de Saint-Venant avec le modèle de processus biochimiques RIVE et un modèle de transport sédimentaire en transitoire. Ainsi les déficits en oxygène immédiats sont déterminés par la charge en carbone organique dissous biodégradable (CODB) tandis que la fraction particulaire est responsable d'effets rémanents à grande échelle de temps (20 % du flux d'oxygène consommé en période estivale sur 50 km dans Paris). La mise en évidence de ce phénomène, dû aux dépôts riches en carbone organique en aval des RUTPs, est tout à fait originale. Par ailleurs une partie non négligeable du déficit en oxygène est due à la couverture nuageuse responsable d'une baisse de l'activité phytoplanctonique. Les observations montrent en outre que la fraction biodégradable du carbone organique dissous (COD) est anormalement élevée à l'amont de Paris (70 %). Le site atelier «rivières amont» du PIREN SEINE sur le Grand-Morin, nous a permis de montrer le rôle majeur de l'eutrophisation. Le résultat le plus original est que la contribution du périphyton aux flux de COD à l'exutoire du bassin est du même ordre de grandeur que les apports directs anthropiques et que le produit de la lyse du phytoplancton. La question de l'impact des rejets de l'agglomération parisienne m'a conduit à étendre mes travaux à l'estuaire dans le cadre du programme SEINE-AVAL. Ces rejets sont responsables de teneurs en carbone organique élevées dans les matières en suspension dans la zone du maximum de turbidité. Une modélisation spatialisée à l'aide du modèle SiAM3D-RIVE, a, en outre, permis de mettre en évidence des flux importants de carbone organique en provenance du milieu côtier. Les conséquences de ce phénomène sur le recyclage des éléments nutritifs et le développement de l'eutrophisation côtière doivent encore être étudiées. Le développement d'approches du fonctionnement biogéochimique des hydrosystèmes à l'échelle des bassins reste actuellement un enjeu. Pour caractériser l'évolution sur le long terme de la contamination des hydrosystèmes par les nitrates et comprendre les processus de transformation de cette variable, le modèle PROSE a été couplé à une représentation par SIG de l'occupation des sols, au modèle agronomique STICS (INRA) et à une modélisation multicouches des aquifères (modèle NEWSAM, Mines ParisTech). Le modèle couplé (CaWaQS) a été appliqué sur l'ensemble du bassin du Grand-Morin. Il a permis d'établir que les cours d'eau y sont alimentés, en moyenne et du point de vue hydrologique, à 20 % par l'Oligocène et à 80 % par l'Éocène. Les deux aquifères ont, par ailleurs, des concentrations moyennes en nitrates et des tendances d'évolution très différentes. La modélisation multicouches a permis de représenter explicitement le phénomène de contamination des cours d'eau par des aquifères ayant des niveaux de contamination différents ; ce phénomène est rarement pris en compte ce qui conduit à une mauvaise interprétation des observations et des processus. Finalement les pertes de nitrates par dénitrification ont été estimées à près de 20 % du flux de nitrate infiltré à partir de la zone sous-racinaire. Les recherches doivent se poursuivre pour spatialiser ces pertes. La chaîne de modèles SENEQUE (UMR SISYPHE)/PROSE/SiAM1D-RIVE (IFREMER/MINES PARISTECH)/ SiAM3D-ELISE (IFREMER) a par ailleurs été mise en oeuvre sur l'ensemble du bassin de la Seine afin de mettre en évidence les enjeux futurs de la gestion environnementale sur ce bassin. D'après les modèles, les désoxygénations chroniques seront fortement réduites d'ici 2015 suite à l'amélioration des traitements aux stations d'épuration ; l'eutrophisation et la maîtrise des pollutions diffuses d'origine agricole, tant pour les nitrates que pour les orthophosphates, restent par contre des enjeux importants.

Cette thèse constitue une contribution à la modélisation numérique diphasique du transport sédimentaire en milieux côtiers et estuariens. L'approche diphasique diffère de l'approche dite classique en résolvant des équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de transport pour l'énergie cinétique turbulente séparément pour chaque phase. Les interactions entre le fluide et les particules sont alors représentées par des termes de transfert entre les deux phases. Le travail présenté dans cette thèse porte essentiellement sur la modélisation de la turbulence dans les écoulements diphasiques fluide particule.<br /><br />En terme de résultats, nous montrons que l'approche développée est capable de reproduire quantitativement les principaux processus mis en jeu dans le transport sédimentaire de particules non cohésives : la sédimentation et la dispersion turbulente des particules en milieu dilué. Le modèle développé confirme l'existence d'une différence de vitesse horizontale entre les particules et l'eau. Il simule les effets de dispersion des particules par le mouvement turbulent du fluide et l'atténuation de l'énergie cinétique turbulente du fluide due à la présence des particules. Une autre originalité de ce travail est de proposer un modèle diphasique à surface libre, bidimensionnel vertical, pour la simulation du transport sédimentaire. Nous avons identifié des lacunes entre les théories et les expériences notamment pour la simulation de la turbulence en écoulement dense. Nous proposons des solutions pour améliorer la simulation du comportement de matériaux cohésifs. Une tentative de simulation hydrosédimentaire sur l'estuaire de la Seine est présentée. Le phénomène de bouchon vaseux est qualitativement reproduit par le modèle sans qu'aucune loi d'érosion ou de dépôt ne soit imposée.