La modélisation numérique des estuaires hypertidaux intéresse particulièrement les ingénieurs impliqués dans la navigation maritime et le développement de projets d'énergie marémotrice. Au Québec (Canada), la majorité de ces estuaires à marée extrême sont situés dans des régions isolée de l'Arctique canadien et sont souvent des lieux de résidence des communautés autochtones du Nord canadien. La présente thèse vise à mieux comprendre les processus se manifestent dans ces environnements, avec une emphase particulière sur l'importance (1) de la forte dominance des marées, (2) de l'extrême variabilité bathymétrique et (3) de l'immense forçage climatique. La thèse tente de démontrer comment les modèles numériques peuvent être utilisés pour traiter ces particularités et peuvent être la meilleure méthode disponible pour étudier leurs effets dans des environnements éloignés peu étudies. Premièrement, dans le but d'évaluer le potentiel de courant de marée en eau libre (sans glace) de l'estuaire hypertidal de la rivière Koksoak (KRE), nous avons modélisé le débit de marée en utilisant un model numérique hydrodynamique réputé (Delft3D). Différents aspects de l'hydrodynamique côtière ont été étudiés grâce à la modélisation numérique 1D2D-3D. La variabilité spatio-temporelle de la densité de puissance hydrocinétique disponible a ensuite été quantifiée. Les résultats ont révélé l'énorme potentiel (1000 MW) d'énergie marémotrice présente à plusieurs endroits le long de l'estuaire, ce qui nécessite des études numériques plus approfondies. En mettant davantage l'accent sur la modélisation numérique du site, par exemple la publication d'un Atlas des courants de marée pour aider à la navigation maritime dans le KRE, nous avons constaté que certains problèmes de modélisation des estuaires n'étaient pas abordés. Compte tenu des conditions limites précises et des mesures in situ recueillies au cours de l'hiver 2017-2018, nous avons constaté que les meilleurs résultats pour l'étalonnage du modèle (niveau d'eau) en utilisant les paramètres/options disponibles conduisaient encore à certains ordres d'imprécision. sur les conditions aux limites de formse qualité (campagnes 2017-2018) qui ont effectivement amélioré les résultats numériques, nous avons constaté que les meilleurs résultats pour l'étalonnage du modèle (niveau d'eau) en utilisant les paramètres/options disponibles étaient encore associés à certains ordres d'imprécision. Par conséquent, l'objectif du deuxième travail était d'améliorer l'efficacité de la modélisation hydrodynamique pour les environnements de marée peu profonde. Nous avons introduit quelques hypothèses décrivant pourquoi les modèles de turbulence et de rugosité disponibles ne sont pas bien adaptés à la modélisation des estuaires avec de fortes variabilités spatiales et temporelles des profondeurs de marée. En conséquence (i) un modèle de turbulence k-ε étendu pour la paramétrisation adaptative de la viscosité turbulente en fonction de la profondeur, et une approche basée sur la direction de l'écoulement pour la paramétrisation de la rugosité du lit ont été développés, incorporés dans le modèle hydrodynamique employé (Delft3D). Le modèle modifié a montré une amélioration constante des prévisions du modèle dans les stations de champ proche et de champ lointain, par rapport aux schémas de paramétrage classiques. Enfin, un aspect manquant et mal compris des estuaires de latitude nordique est l'immense impact de l'hiver sur le flux des marées. Situé à la latitude 58°, le KRE subit l'effet intensif du climat arctique pendant la majeure partie de l'année, ce qui entraîne la formation de glace estuarienne rapide sur une grande partie de sa longueur. Plus précisément, et ce qui est le plus pertinent pour cette recherche, il est important de savoir comment le long hiver affecte les potentiels hydrocinétiques des estuaires des régions froides. Ainsi, la surfusion entraîne la formation de frasil et de glace de fond qui peuvent adhérer aux pales des turbines et provoquer leur dysfonctionnement. Dans les estuaires, la surfusion a une nature transitoire complexe car le point de congélation de l'eau salée est une fonction de la salinité et de la profondeur qui est changée par les marées au cours des cycles de marée. En raison du manque de données de terrain en hiver, nous avons collecté des paramètres hydrodynamiques en utilisant de nouvelles campagne de mesures en hiver 2018. Les observations ont montré que le risque de surfusion diminue à l'intérieur de l'estuaire, car en l'absence de débit fluvial, la salinité peut s'infiltrer beaucoup plus loin dans le fleuve. À l'intérieur, une modulation apparente de ∆T (la différence entre la température de l'eau et la température de congélation de l'eau), dépendant de la marée, a été observée avec une augmentation de la température pendant des marées montantes. Cette augmentation retarderait la surfusion, ce qui est un avantage majeur pour turbines. En réglant le module Delft3D-Ice, différents scénarios ont été définis pour l'étendue et l'épaisseur de la couvert de glace, et leurs réponses hydrodynamiques ont été analysées. Il a été démontré que la glace a des impacts complexes et non uniformes sur les caractéristiques hydrodynamiques de la KRE. Surtout, le débit des prismes de marée, qui est la principale source d'élan, peut être modifiée de manière démonstrative par la couverture de glace et la glace de marée plate. Les résultats suggèrent que les zones énergétiques sont légèrement affectées par la glace pendant la plus grande partie de l'hiver. Pendant l'hiver de pointe seulement, la glace pourrait considérablement diminuer densité moyenne de puissance des courants (par exemple, la puissance moyenne est égale ou supérieure à 7 kW m-2). Ces implications cryohydrodynamiques indiquent que l'hiver arctique n'est pas un obstacle à la production d'électricité dans le fleuve Koksoak, et l'énergie marémotrice serait un avantage annuel pour Kuujjuaq

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.