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Pour répondre à une demande concernant la réutilisation des matériaux bitumineux, des travaux, réalisés dans le cadre de la chaire de recherche i3C, ont évalué l'effet des granulats bitumineux recyclés (GBR) sur le comportement mécanique de cinq mélanges de matériaux recyclés (0, 30, 50, 60 et 70 % GBR). Les principaux objectifs de ce projet étaient de caractériser le comportement résilient et en déformation permanente de ces matériaux ainsi que d’évaluer la variabilité sur chantier et d’apporter des solutions novatrices aux problèmes. Des essais en laboratoire ont été réalisés sur les cinq mélanges et des essais sur le terrain ont été entrepris sur deux chantiers dans la grande région de Québec et un dans la région de Drummondville. Des essais en laboratoire sous charge roulante ont aussi été réalisés avec le simulateur routier de l’Université Laval (SimUL). Les données recueillies sur le terrain au déflectomètre à charge tombante (LWD) et au pénétromètre dynamique (DCP), ainsi qu’en laboratoire en cellule triaxiale ont permis de documenter les caractéristiques et le comportement mécanique des matériaux retraités. Le projet a permis de montrer que les matériaux à teneur élevée en GBR sont plus sujets à accumuler des déformations permanentes. L'utilisation de matériaux avec plus de 50 % GBR peut donc augmenter les problèmes d'orniérage. Toutefois, dans le but de remédier à ce préjudice, un modèle qui relie le taux de déformation (B) à la teneur en GBR et à la contrainte déviatorique est proposé. Cette nouvelle approche permet de calculer le renforcement des chaussées basé sur un rehaussement de l'épaisseur d’enrobé en vue de diminuer la sensibilité à l’orniérage de couches retraitées. / In order to respond to an increasing demand for re-using bituminous materials, this study, carried out under the Research Chair i3C, has evaluated the effect of recycled asphalt pavement (RAP) on the mechanical behavior of a recycled base materials for five different RAP content (0 , 30, 50, 60 and 70% RAP). The main objectives of this project were to characterize the resilient and permanent deformation of these materials as well as assessing their variability on site and provide innovative solutions for the different issues. Laboratory tests were conducted on the five mixtures and field trials were carried out on three sites in the greater Quebec area. Some aspects were also tested in the road simulator apparatus of Laval University (SimUL). The data collected in the field with the light weight deflectometer (LWD) and the dynamic cone penetrometer (DCP) and also the triaxial cell has documented the characteristics and mechanical behavior of recycled base material. The project showed that materials with a higher RAP content are more likely to accumulate permanent deformation. Using base materials with more than 50% RAP can increase rutting problems. However, in order to overcome this prejudice, a model that relates the rate of deformation (B), the RAP content and the deviatoric stress is proposed. This new approach propose to evaluate the enhancement of the asphalt thickness needed to reduce the sensitivity to rutting of a recycled base layer.

La présente étude visait à établir la capacité d’enlèvement de l’azote des effluents domestiques par le procédé à culture fixée immergée BIO-FOSSEMD, conçu pour les petites localités. Des essais ont été effectués avec une unité pilote comprenant un réacteur de 15 litres. Aéré en continu et soumis à des charges de 35 g N-NH4+ m-2 d-1 et 323 g DBO5 m-2 d-1, ce procédé a atteint 96% de nitrification, atteignant régulièrement des valeurs inférieures à 2 mg N-NH4+/L. Sous aération intermittente du réacteur, l’efficacité de l’enlèvement de NH4+ et de NO3- dépend de la durée des périodes aérobie et anoxie. Avec un cycle de 24 h comptant 75% d’aération, les concentrations en azote à l’effluent ont varié de 0,4 à 7,4 mg N-NH4+ /L et de 10 à 21 mg N-NO3-/L. Les taux maximaux de nitrification et de dénitrification s’élèvent à 58 g N-NH4+ m-2 d-1 et 52 g N-NO3- m-2 d-1, respectivement. / The present study was conducted to establish the nitrogen removal capacity for a domestic effluent of the submerged fixed-film process BIO-FOSSEMD. This process has been especially designed for small communities and is based on the use of textile as bacterial support. When aerated continuously and subjected to loads of 35 g N-NH4+ m-2 d-1 and 323 g DBO5 m-2 d-1, this process reached 96% of nitrification, while providing 98% biological oxygen demand removal and 91% suspended solids removal. Under these conditions, values lower than 2 mg N-NH4+/L were measured on a regular basis in the effluent. When the reactor is operated under intermittent aeration, NH4+ and NO3- removal efficiencies depend on the duration of aerobic and anoxic periods. With a 24 h cycle, including 75% of aeration, the effluent nitrogen concentrations varied from 0,4 to 7,4 mg N-NH4+/L and from 10 to 21 mg N-NO3-/L. Under continuous aeration, total nitrogen removal average was around 49%, reaching over 70% at some point. Similar nitrogen removal was reached under intermittent aeration. Kinetic tests conducted ex situ gave a maximal nitrification rate of 58 g N-NH4+ m-2 d-1 and a maximal denitrification rate of 52 g N-NO3- m-2 d-1.

Le traitement de l'azote au sein des stations d’épuration des eaux usées devient l'un des principaux enjeux actuels du fait de son impact particulièrement néfaste sur le milieu naturel. A l'aval de traitements secondaires à moyenne et forte charge, les gestionnaires peuvent avoir recours à la nitrification tertiaire par biofiltration, procédé intensif s’insérant bien pour les installations à réhabiliter dans les zones à forte pression foncière. Il s’avère être un procédé capable d’éliminer de très fortes charges dans un espace restreint par sa capacité à accumuler une quantité importante de biomasse active autour du matériau filtrant. La simulation du comportement d’un tel procédé n’est pas directe, et peu de travaux ont mené à un outil utilisable en ingénierie. Or, son usage serait indispensable pour valider le dimensionnement en conditions réelles de fonctionnement et en régime dynamique. L’objectif principal de ce travail a porté sur l’étude et la validation d’un modèle de biofiltration déjà existant mais encore jamais testé avec des données réelles de terrain en traitement tertiaire de nitrification. Dans ce but, le fonctionnement d’une installation pilote semi-industrielle alimentée par un effluent urbain réel provenant de bassins par boues activées a été étudiée. Afin de se placer en condition dynamique de fonctionnement, différents paliers de charges moyennes journalières en azote ont été appliqués, au sein desquels des à-coups de charges hydrauliques ont été provoqués. Les résultats acquis en continu pendant plus d’un an, associés à un protocole de calage systématique issu d’une étude de sensibilité, ont permis d’obtenir un jeu de paramètres calé et validé du modèle. Le protocole a nécessité la mise en œuvre de tests spécifiques caractérisant régulièrement le biofilm développé dans le procédé. Ces essais ont augmenté le nombre de variables d’état observées et à comparer avec les prédictions du modèle, ce qui a permis de mieux en évaluer sa robustesse. En parallèle, les tests spécifiques ont permis d’étudier la dynamique des processus impliqués dans l’élimination de l’azote au sein du procédé. Les paramètres influençant les performances globales du traitement de l’azote, l’activité et la quantification de la biomasse autotrophe, son temps de séjour ou encore sa répartition au sein du milieu filtrant ont ainsi pu être évalués. La double démarche expérimentale et numérique a permis de montrer que le modèle de biofiltration est capable de simuler des performances de traitement de l’azote conformes à la réalité. D’autre part, ce travail a permis d’étudier de manière approfondie les mécanismes inclus dans le modèle et leurs limitations face aux différentes conditions de fonctionnement appliquées au système. Des faiblesses du modèle concernant le comportement des composés particulaires et l’évolution de la perte de charge au sein du pilote ont notamment été dégagées. / Nitrogen removal in wastewater treatment plants becomes more and more used due to the harmful impact of nitrogen on the natural environment. After medium and highly loaded secondary treatment, practitioners could use biofiltration for tertiary nitrification, which is an intensive process adapted in areas with strong land pressures. This technology can remove very strong loading rate in a restrained space by its capacity to developp an important amount of active biomass into the filtering media. Simulation of such technique’s behaviour is not direct, and few studies led to a useful tool for engineers. However, its use is necessary in order to validate design in real operating conditions and dynamic conditions. The main objective of this work concerned the study and validation of a biofiltration model which already exists but has still never been tested with real data in tertiary nitrification treatment. In order to reach this objective, the behaviour of a semi-industrial pilot plant, fed by real domestic effluent from an activated sludge plant, was studied. In order to operate in dynamic conditions, different daily volumetric nitrogen loading rates were applied, in which dynamic peak-loads were carried out. The calibration and the validation of the model parameters were done thanks to on-line ammonia and nitrate analysers during one year and more, in association with a calibration procedure and a sensitivity analysis. The protocol required the implementation of specific tests for characterization of the biofilm inside the filtering media. These tests increased the number of the observed state variables to compare with the model predictions. That allows a better evaluation of the model robustness. At the same time, the dynamics of processes taking part in the nitrogen removal into the biofilm were investigated thanks to these specific tests. So, parameters which influence the nitrogen removal, overall performance, activity and quantification of autotrophic biomass, its solids retention time or its repartition inside the filtering media, could be determined. Combination of experimental observations and numerical modelling highlighted the capacity of the biofiltration model to provide good predictions on real nitrogen removal performances. Furthermore, this study allowed to evaluate mechanisms included in the model and their limitations with different operating conditions applied in the system. Finally, weaknesses of the model concerning solids compounds and the evolution of head loss in the pilot plant were established.

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De nombreux programmes et projets visant l’accès aux ressources en eau sont initiés au Sénégal pour satisfaire une demande en eau qui se fait de plus en plus pressante en milieu rural notamment. L’insuffisance des moyens financiers pour mettre à la disposition des populations une eau de bonne qualité en quantité suffisante impose qu’un échelonnement dans le temps soit opéré pour la réalisation de ces projets. En amont des études de faisabilité technique et économique, il est nécessaire d’identifier les diverses dimensions que revêt l’allocation des ressources en eau afin d’établir des priorités d’investissement. Cette étude présente une analyse multicritère d’aide à la décision pour définir les priorités d’interventions relatives à l’approvisionnement en eau. Après avoir identifié les objectifs relatifs à l’approvisionnement en eau en milieu rural en général, sept critères (quantitatifs et qualitatifs) de priorité permettant d’atteindre ces objectifs sont définis. Ils portent sur la qualité des eaux disponibles, la quantité d’eau disponible pour les besoins domestiques, la distance d’accès aux points d’eau, l’acceptabilité des coûts de l’eau, le potentiel de développement et enfin la disponibilité de l’eau pour l’agriculture. Des indicateurs de mesure sont proposés en fonction des données disponibles pour chacun des critères pondérés par des acteurs de la gestion des ressources en eau au Sénégal. La région de Diourbel au Sénégal est étudiée en particulier. Il s’agit d’une région essentiellement alimentée par des eaux souterraines de qualité médiocre et où le manque d’eau est récurrent. Elle sert à la fois de cadre d’élaboration et d’analyse de la démarche. L’analyse multicritère d’aide à la décision pour prioriser les besoins d’intervention en matière d’approvisionnement en eau de Diourbel aboutit au rangement par ordre de priorité des huit arrondissements de la région par la méthode MACBETH (Measuring of Attractiveness by Categorical Based Evaluation Technique). L’atteinte de l’objectif consistant à favoriser l’élevage n’est cependant pas mesuré faute de données. Ainsi, le critère portant sur la disponibilité de l’eau pour le cheptel n’a pas été retenu dans l’évaluation des arrondissements de Diourbel. Une analyse de sensibilité permet de juger de l’effet des variations des pondérations sur le classement ainsi obtenu. L’analyse du processus dans son ensemble permet de mettre en exergue les difficultés potentielles liées à l’utilisation d’une telle démarche dans le contexte sénégalais tout en laissant entrevoir des perspectives plutôt prometteuses quant aux possibilités de mise en application. / Many programs and projects for water resources management are initiated in Senegal to satisfy an increasing demand for water, especially in rural areas. The lack of sufficient funding requires that these projects be spread over time. Therefore, prior to any technical or economic feasibility study, it is necessary to identify the higher priority areas. This study presents a multicriteria analysis for ranking rural subareas in Senegal, in particular in the region of Diourbel, in terms of prioroities of water supply needs. After having identified the objectives related to water supply on the regional scale, six quantitative and qualitative priority criteria were defined. These criteria pertain to the available water quality, the available quantity of water for domestic needs, the distance to water distribution points, the availability of water for agriculture, the acceptability of water costs and the development potential of a rural subarea. The achievement of the objective which consists in supporting the cattle farming is however not measured due to lack of data. Indicators are proposed for each criterion based on the data available at the time of the study. Criteria weights were obtained from various water resource management stakeholders in Senegal. It’s a region essentially feed by mediocre quality groundwater and where the lack of good water quality is recurrent. Our multicriteria analysis leads to the ranking of eight districts of the Diourbel region in terms of intervention priority. A sensitivity analysis enabled us to evaluate the effect of the criteria weights on the districts ranking. Our experience with this project has brought forward the difficulties associated with conducting a multicriteria analysis in the Senegalese context, while emphasizing promising application possibilities.

Les sols argileux gonflants sont une réelle problématique au monde. Ils sont particulièrement menaçants dans les régions à climat semi-aride dont le Tchad. La variation de la teneur en eau dans le sol due à l’alternance saison sèche/saison de pluie met le sol argileux potentiellement gonflant dans une instabilité volumétrique. La conséquence est souvent des fissures sévères sur les bâtiments, routes, barrages … Des échantillons d’argiles prélevés à N’Djaména au Tchad ont été testés au laboratoire. Les essais réalisés sont la diffractométrie de rayon X, les limites d’Atterberg, la sédimentométrie, la densité relative, et l’oedométre. La conclusion majeure que l’on peut tirer de ces essais est que les argiles de N’Djaména ont un potentiel de gonflement moyen ou élevé. Le logiciel d’élément finis Abaqus a été utilisé pour simuler le comportement volumétrique des argiles de N’Djaména. Les résultats du modèle d’Abaqus et celui des essais oedométriques concordent bien. / Expansive clay soils represent a problematic reality in our world. They threaten specifically semiarid climatic regions, including that of Chad. The variation of water content in the soil, due to the alternating dry / rainy seasons, produces potentially swelling clays with volumetric instabilities. The consequences resulting from this swelling are severe cracks in buildings, roads, dams... Clay samples collected at the N'Djamena test site in Chad have been tested in the laboratory. The tests that were conducted are: X-ray diffraction, Atterberg limits, sedimentation analysis, relative density measurements and the classical oedometer tests. The major conclusion that can be drawn from this study is that the N'Djamenas’ clays are classified as potentially medium to high swelling clays. The ABAQUS finite element software was used to simulate and corroborate the volumetric behavior of N’Djamena clays. A comparison of the simulation results with results obtained from oedometer tests indicates an excellent conformity.

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