Dans la présente recherche, l’influence humaine et climatique des 1500 dernières années sur quatre lacs de Nouvelle-Angleterre (États-Unis) a été reconstituée par l’analyse des diatomées fossiles provenant des sédiments. Différentes méthodes ont été testées pour inférer certaines variables environnementales à l’aide des diatomées. Les méthodes des moyennes pondérées et de la probabilité maximale se sont avérées les plus appropriées pour la reconstitution des variables du gradient principal, tandis que les réseaux neuronaux artificiels et la probabilité maximale sont préférables pour les variables du gradient secondaire. Différentes transformations des données sont appropriées pour chacune des méthodes. Les diatomées fossiles des lacs ont enregistré un patron régional propre à la déforestation suite à la colonisation par les Européens. Malgré le rétablissement des forêts autour des sites depuis 1900 AD, trois lacs montrent à l’état actuel des conditions qui ne correspondent pas à celles de la période avant-perturbation. Ceci est dû aux caractéristiques locales des sites, tels que l’évolution naturelle des lacs, les perturbations naturelles (ouragans), ainsi que le développement des marais. Pour rétablir l’état « naturel » théorique envisagé dans la restauration, il est donc important de tenir compte de l’évolution naturelle des lacs. Au lac Walden Pond (Massachusetts), un enrichissement accéléré en nutriments a été inféré suite à l’usage récréatif intensif depuis env. 1950 AD. Depuis 1975 AD, le taux d’eutrophisation a diminué grâce aux mesures de gestion. L’état naturel du lac reconstitué par notre étude représente un bon guide pour les futurs mesures de gestion. Au lac Levi Pond (Vermont), une tendance accrue à l’humidité pendant les dernières 2000 années, qui correspond au refroidissement global du Néoglaciaire, a été inférée par les diatomées. Les diatomées sont donc d’une utilité potentielle pour les études paléohydrologiques dans les régions tempérées. L’analyse mensuelle de la flore diatomifère dans Bates Pond (Connecticut), a indiqué que les assemblages sont liés à la stratification, ce qui a permis d’identifier une période de mélange prolongée dans le passé à partir des assemblages fossiles. Le maximum de productivité diatomifère en automne indique que c’est la saison privilégiée pour l’échantillonnage d’eau en vue du développement des modèles d’inférence. Cette thèse apporte des nouvelles connaissances sur l’évolution et l'écologie des lacs en Nouvelle-Angleterre, et sur deux aspects méthodologiques pertinents pour la discipline de la paléolimnologie. / The human and climatic impact on four New England lakes was reconstructed by analysis of fossil diatoms preserved in lake-bottom sediments. Different diatom-based methods for the reconstruction of environmental variables (pH, total phosphorus, alkalinity) were tested. Weighted averaging and Gaussian logit regression were the most appropriate methods for the reconstruction of variables representing the principal gradient, whereas artificial neural networks and Gaussian logit regression performed better for secondary gradient variables. It was shown that different data transformations may be useful for different reconstructions. Fossil diatom assemblages of the sites recorded a regional pattern of deforestation and agricultural activity following European settlement. Despite the re-establishment of forests in the lake watersheds since 1900 AD, three lakes did not return to pre-disturbance conditions. This is due to local site characteristics, such as natural lake evolution, local natural disturbance patterns (hurricanes), and peatland development. It is therefore important to consider the natural dynamics of lakes when establishing the theoretical « natural » state for restoration purposes. At Walden Pond, Massachusetts, an accelerated nutrient enrichment was inferred from 1950 AD onwards, related to intensive recreational use of the lake. Since 1975 AD, the rate of eutrophication has diminished after management measures were implemented. The natural state of the lake reconstructed by this study represents a useful benchmark for future management decisions. In Levi Pond, a trend of increasing humidity during the past ca. 2000 years has been inferred by diatoms, corresponding to the period of Neoglacial cooling. This result indicates that diatoms may be a useful tool for future paleohydrological studies in temperate regions. The seasonal study of diatoms in Bates Pond, Connecticut, indicated that diatom assemblages are strongly influenced by stratification, which helped to identify a period of prolonged full-circulation in the past based on the fossil assemblages of the same lake. The maximum diatom productivity in autumn indicated that this is the most appropriate season for taking water samples for diatom inference model development. This thesis has provided new knowledge of the evolution of New England lakes before and after European settlement and on two pertinent methodological aspects of paleolimnologic study.

Cette thèse porte sur l'écoulement à l'intérieur d'une turbine de type Hélice. Deux méthodes de mesures ont été utilisées afin de remplir les objectifs de l'étude. La précision des instruments et l'incertitude des mesures effectuées à l'aide d'outils de vélocimétrie laser tels que la vélocimétrie Doppler laser (LDV) et la vélocimétrie par images de particules (PIV) ont été analysées. Trois phénomènes principaux sont étudiés à l'aide du LDV et du PIV. Le premier porte sur le débalancement circonférentiel de l'écoulement dans toute la machine. Le second porte sur les interactions rotor-stator se produisant entre les directrices et les aubes de la roue. Le troisième englobe les écoulements à l'entrée de l'aspirateur, le vortex à charge partielle (torche) et à forte charge ainsi que le sillage des directrices. Une attention particulière est portée sur les fréquences caractéristiques trouvées à l'aide des mesures LDV à cet endroit. Parallèlement aux mesures expérimentales, des simulations numériques ont été effectuées et comparées avec les données expérimentales disponibles. Cette comparaison permet d'améliorer les simulations numériques en posant différentes conditions limites et modèles de turbulence. Une meilleure utilisation et une amélioration des modèles RANS, URANS et LES avec l'utilisation de la base de données expérimentales est discutée dans l'étude. En conclusion à la recherche, le débalancement circonférentiel de l'écoulement est identifié avec les méthodes expérimentales et numériques. Le débalancement est de l'ordre de 10% de la vitesse de référence crête à crête aux avants directrices et est amorti à 5% à l'interface. Le débalancement maximal est de 12% à l'intérieur du cône divergent de l'aspirateur. L'intensité turbulente dans les canaux d'admission a été estimée à 8%. Les résultats expérimentaux ont démontré que les interactions rotor-stator sont faibles à l'intérieur de ce type de machine car il y a une dissipation rapide du sillage des directrices avant la roue. La torche à charge partielle et les recirculations se produisant dans l'aspirateur sont présentées avec leurs effets sur l'efficacité hydraulique et la configuration de l'écoulement. Plusieurs structures et vortex sont identifiés tels que le vortex se produisant dans l'espace en porte-à-faux des directrices, le vortex de bout d'aubes, la torche et les vortex contrarotatifs des canaux d'admission. Une base de donnée a été crée pour des recherches futures portant sur l'écoulement d'une turbine Hélice.

Ce projet vise à développer les outils et les relations pour modéliser le procédé d'enrichissement du minerai du Havre-Saint-Pierre par Rio Tinto, Fer et Titane. Ce procédé magnétise le minéral d'hémo-ilménite en le grillant dans des fours rotatifs et en l'enrichissement par des séparateurs à tambours rotatifs magnétiques. Une série de lots expérimentaux à des niveaux de magnétisation différents a été produite. Un classificateur de particules en fonction de leur susceptibilité magnétique spécifique effective a été conçu et fabriqué. Chacun des lots expérimentaux a été caractérisé par ce nouvel appareil et analysé pour la chimie pour développer le modèle mathématique de magnétisation du minerai par le grillage. Des essais ont été effectués sur un tambour magnétique rotatif pilote pour modéliser le procédé de séparation. Les équations des deux modèles ont été implantées à un simulateur d'usine présentant un bon potentiel comme outil d'optimisation et de développement de nouvelles configurations du procédé.

Cette thèse présente les résultats de l'étude de certains thèmes reliés aux négociations multilatérales dans le domaine de l'agriculture à l'Organisation mondiale du commerce (OMC). Le premier thème porte sur le comportement des entreprises commerciales étatiques en présence d'information incomplète. Le comportement de la Commission canadienne du blé (CCB) est analysé en formulant l'hypothèse de base selon laquelle elle dispose d'un avantage informationnel sur ses concurrents internationaux au moment de la fixation de son paiement initial aux producteurs canadiens. Cet instrument peut alors être utilisé comme mécanisme de signalisation. Dans un équilibre séparateur de ce jeu, le paiement initial est plus élevé qu'en information complète indiquant une production plus importante que l'effective. Une simulation numérique montre la valeur stratégique du paiement initial pour les producteurs de blé canadiens. Le deuxième sujet de recherche porte sur l'analyse de différents scénarios de libéralisation des échanges de produits agricoles et agroalimentaires. Un modèle de détermination des flux d'échanges bilatéraux est développé. Les produits transformés sont différenciés du point de vue des consommateurs tandis que les biens primaires/intermédiaires sont homogènes, bien que ne pouvant pas être substitués librement entre les différentes destinations. Le modèle tient également compte des liens verticaux qui existent entre les biens primaires/intermédiaires et les biens transformés. Une simulation numérique démontre qu'une « petite » économie ouverte gagne à soutenir un processus ambitieux de libéralisation des échanges. Ce modèle est appliqué aux échanges bilatéraux de bœuf (bien primaire) et de viande de bœuf (bien transformé). Une approche de type « double-hurdle » est utilisée pour estimer les paramètres structuraux reliés au commerce international des produits bovins. À la première étape, les firmes décident d'exporter ou non tandis que la deuxième étape corrige pour la contrainte de non-négativité des flux commerciaux. Les questions de consolidation des flux commerciaux d'anciens partenaires bilatéraux et de création de nouveaux courants d'échanges suite à des changements de politiques internes et commerciales sont analysées. Il est démontré que la libéralisation du commerce ne créera pas de nouveaux flux commerciaux pour les bovins vivants mais a le potentiel de créer de nouveaux courants d'échange de viande bovine pour les pays en développement. / This thesis presents a study of issues pertaining to agriculture in the current round of multilateral negotiations at the World Trade Organization (WTO). The first topic deals with the behaviour of state trading enterprises in the presence of incomplete information. We analyse the role of the initial payment of the Canadian Wheat Board (CWB). We formulate the assumption according to which, at the time of initial payment setting, the CWB has an informational advantage with respect to its international rivals. The initial payment can then be used as a signalling mechanism. In a separating equilibrium of this game, the initial payment is higher than in a complete information setting. A numerical simulation illustrates the strategic value of the initial payment for Canadian wheat producers. The second subject analyses different scenarios related to agri-food trade liberalization. A gravity-based model of bilateral trade flows is built. Processing firms produce differentiated products from the consumers' perspective, while primary/intermediates are assumed homogenous from the buyers' perspective. However, primary goods cannot be substituted freely across the different destinations. The model also considers vertical linkages between primary/intermediates and processed goods. A numerical simulation illustrates the role of the different structural parameters when liberalizing trade. The simulations show that a "small" open economy should pursue ambitious trade liberalization plans. This theoretical model is applied to cattle/beef bilateral trade flows. A double-hurdle procedure is used in which firms decide to export or not in the first stage, while the second stage corrects for censoring of trade flows. It is shown that trade liberalization is not likely to create new cattle trade partnerships while developing economies can expect to develop a certain number of new trade relationships for beef.

La pénurie de médecins est une problématique que partagent plusieurs pays. Le Canada et particulièrement la province de Québec ne font pas exception à cette pénurie. Cette situation nous a amené à vouloir mieux comprendre le processus de la rétention des médecins, en particulier chez les omnipraticiens. La littérature ne semble pas suggérer de modèle sur la rétention en lien avec une population de médecins. Cette thèse comble, entre autres, cette lacune en suggérant une extension à un modèle de base sur le stress (Job Demands-Resources : JD-R) en y ajoutant le conflit travail-famille (CTF) et en l’appliquant à l’intention de quitter des omnipraticiens. Cette thèse vise donc à comprendre les phénomènes qui expliquent les relations entre le CTF, les exigences et les ressources au travail et l’intention de quitter chez les omnipraticiens. Le premier article de thèse est une recension des écrits sur les sujets du modèle JD-R, du CTF et de l’intention de quitter des médecins, menant à la proposition du nouveau modèle : Conflit exigences-ressources (CE-R). Dans le deuxième article, l’utilisation de modélisation par équations structurelles permet de vérifier la performance du nouveau modèle proposé et confirme les relations significatives entre les exigences/ressources au travail, le CTF et l’intention de quitter. L’effet structurel des exigences au travail sur l’intention de quitter l’emploi chemine en premier lieu à travers le CTF, puis à travers l’engagement et l’épuisement. De plus, les résultats soulignent l’importance de la satisfaction au travail et du CTF dans le modèle CE-R sur l’intention de quitter des omnipraticiens. Le troisième et dernier article propose l’élaboration d’une typologie sur l’intention de quitter qui se base sur le CTF et les ressources au travail comme dimensions expliquant ce phénomène. Les régressions logistiques multinomiales permettent de suggérer que la satisfaction reliée aux exigences en emploi, l’épuisement, l’environnement de travail, l’âge et le fait d’avoir des enfants contribuent à expliquer de façon significative la probabilité que les médecins se retrouvent dans le groupe affichant une intention de quitter la plus faible. / The shortage of physicians is a problem faced by many countries. Canada and particularly the province of Quebec are no exceptions to this shortage. This situation has led us to want to better understand the process of physician retention, particularly among general practitioners. The literature does not seem to suggest a specific model for this population. This thesis fills this gap by suggesting an extension to an existing model based on stress (Job Demands-Resources: JD-R) by adding work-family conflict (WFC) and applying it to the intent to leave of general practitioners. Therefore, this thesis aims to understand the phenomena that explain the relationship between WFC, demands and resources at work and the intent to leave of general practitioners. The first paper of the thesis is a literature review on the subjects of the JD-R model, WFC and the physicians’ intent to leave, leading to the proposal of a new model: Demands-Resources Conflict (D-RC). In the second paper, the use of structural equations modeling allows us to verify the performance of the new proposed model and confirms the significant relationship between job resources and job demands, WFC and intent to leave. The structural effect of the job demands on the intent to leave this job travels first through WFC, then through commitment and exhaustion. In addition, it suggests the importance of job satisfaction and of WFC in the D-RC model on the intent to leave of general practitioners. The third and last paper proposes the development of a typology on the intent to leave based on the WFC and the satisfaction of job resources as dimensions explaining this phenomenon. Multinomial logistic regressions allow us to suggest that satisfaction related to job demands, to exhaustion, to the work environment, to age and to having children help significantly explain the likelihood that physicians will end up in the group showing the lowest intent to leave.

Étant donné que les dépenses de consommation comptent pour environ 60 % du PIB au Québec, il est primordial de comprendre comment les politiques économiques affectent la demande agrégée via les dépenses de consommation des ménages et aussi, comment les dépenses de consommation seront affectées selon l’environnement des consommateurs. En premier lieu, ce mémoire modélise la consommation avec une technique économétrique qui ne repose pas sur l’hypothèse d’une structure de préférence particulière. Dans un deuxième temps, ce mémoire estime un modèle d’agent économique rationnel optimisateur face au problème de l’allocation intertemporelle de sa consommation de biens durables et non durables quand les fluctuations des taux d’intérêt canadiennes varient. La période étudiée est de 1981 à 2011. Nos résultats correspondent à ce qui est généralement observé dans la littérature et nous ont permis de mettre en évidence le rôle joué par le revenu, le prix relatif des biens durables, la richesse financière, la valeur des maisons, la confiance des ménages et les fluctuations des taux d’intérêt pour expliquer les variations des dépenses de consommation des ménages québécois dans son ensemble, mais aussi selon certaines sous-catégories. Notre analyse nous a également permis de constater qu’en désagrégeant la consommation des ménages québécois, il est important de tenir compte des liens entre ses sous-catégories. La non-séparabilité au niveau des préférences entre les biens durables et non durables est importante et c’est pourquoi il est préférable d’en tenir compte dans la modélisation des différentes catégories de la consommation agrégée. / Due to the fact that the household consumption expenditure are valued for approximately 60% of Quebec's GDP, it is important to understand how economic politics affect the aggregate demand through consumers' expenses and also, how household consumption expenditures will vary according to the consumer's environment. Firstly, this paper reviews the consumption with an econometric technique of no particular structure. Secondly, this paper proposes and estimates a model of an optimizing agent who is faced with the problem of allocating intertemporally his consumption of non-durable and durable goods when confronted with a fluctuating rate of return. Expectations are assumed to be formed rationally. The study was conducted from 1981(01) to 2011(03). Our results are consistent with the findings of previous studies and the literature and allowed us to interpret how income, relative price of durable goods, financial wealth, housing market, index of consumer confidence, and interest fluctuations could explain the variation in consumption expenditures of households in Quebec as a whole, but also by some sub-categories. Our analysis also revealed that when household consumption is disaggregated, it is important to consider the relationship between those sub-categories. Non-separability in preferences between durables and non-durables is important and this is why the modeling of different types of aggregate consumption should be taken into consideration.

L'industrie forestière, comme toute autre industrie manufacturière, est en recherche et révision permanente de ses systèmes et outils de planification afin de suivre la vision de l'industrie 4.0. Malgré les résultats importants obtenus dans ce sens dans le cas des scieries, l'établissement du lien entre ces outils et les préoccupations environnementales et d'économie d'énergie est encore faible. Ce mémoire propose un outil d'aide à la décision pour planifier la production dans une scierie typique de la province de Québec, Canada, visant à participer au programme de gestion de la demande en puissance (GDP) offert par Hydro-Québec. À cette fin, une revue de la littérature a été réalisée afin d'établir un état de l'art sur les systèmes de gestion de l'énergie industrielle, la gestion de la demande en puissance et les modèles de planification existants de l'industrie du bois d'œuvre. Ensuite, des données énergétiques et des plans de production réels ont été collectés. Une analyse statistique de ces données a été effectuée, afin de comprendre le comportement du cas étudié et de générer des données d'entrée pour l'outil de planification. Une modélisation mathématique pour panifier la production de produits en contexte de GDP tout en minimisant les coûts d'arriérage à l'unité de finition a dès lors été réalisée, ce quia permis de démontrer que la participation au programme d'Hydro-Québec est possible pour la scierie à l'étude, même avec des quantités limitées en arriérage. Le lien entre l'évolution de l'inventaire et les évènements GDP suggère que l'inventaire sert comme barrière préventive et protectrice lors de la participation à un programme de GDP. De plus, le délestage total a été démontré dans deux scénarios à savoir les événements GDP de 16 heures en ajoutant 1,5 heures supplémentaire au calendrier de production hebdomadaire ainsi que les événements GDP de 30 heures avec un ajout de 1,5 heures au calendrier de production hebdomadaire. En somme, l'étude a généré, pour une scierie québécoise typique, un outil d'aide à la décision à mettre en place afin de participer au programme de gestion de puissance d'Hydro-Québec. Cet outil permet une planification opérationnelle de l'industrie du bois d'œuvre intégrant la facette énergétique. La démarche utilisée est décrite, révélant une méthodologie prospective qui pourrait être répliquée dans d'autres domaines dans le cadre de futures études. / The forest industry, like any other manufacturing sectors, is continuously investigating and upgrading its planning methodologies and techniques in order to achieve Industry 4.0's objectives. Considerable progress has been made in the sawmilling sector, but the link between planning tools and environmental and energy conservation concerns remains tenuous. This paper proposes a decision support tool for production planning in a typical sawmill in Quebec, Canada, so as to allow the participation in a Demand Response Program (DR) such as the one offered by Hydro-Québec. To this end, a literature review was conducted to establish a state of the art on industrial energy management systems, power demand management and existing planning models in the lumber industry. Then, actual energy data and production plans were collected. A statistical analysis of these data was performed to understand the behavior of the case under study and to generate input data for the planning tool. A mathematical model has then been developed, aiming to plan operations at the finishing unit while minimizing backorder cost when participating in a DR program. Results showed that participation in the Hydro-Québec program is possible with limited backlog quantities. The link between the evolution of the inventory and the DR events also suggests that the inventory serves as a preventive and protective barrier. Total load shedding was demonstrated in two scenarios namely DR events of 16 hours by adding 1.5 hours of overtime to the weekly production calendar as well as DR events of 30 hours with an added 1.5 hours to the weekly production schedule. This tool allows an operational planning of the lumber industry integrating the energy facet. The approach used is described, revealing a forward-looking methodology that could be replicated in other areas in future studies.

La qualité des sources d'eau potable est progressivement affectée par des pressions naturelles et anthropiques. Pour réduire les effets de ces pressions sur la production d'eau potable, les municipalités doivent intensifier leurs efforts de surveillance spatiale et temporelle de la qualité des sources d'eau et améliorer le traitement de l'eau. Les températures des cours d'eau et les précipitations changent en raison des changements climatiques et de la variabilité des patrons météorologiques. Les pluies peuvent entraîner des changements rapides de la qualité de l'eau brute des usines de traitement d'eau (UTE) en raison du transport des contaminants qui résulte de l'écoulement des eaux de pluie dans les bassins versants. Pendant ces événements pluvieux, des paramètres cruciaux de la qualité de l'eau brute pour les opérations du traitement de l'eau, tels que la turbidité et la teneur en matière organique naturelle (MON), peuvent varier considérablement. Ces changements dans la qualité de l'eau brute nécessitent des modifications opérationnelles du traitement de l'eau, telles que des ajustements des doses de coagulants et de désinfectants pour maintenir la qualité de l'eau traitée. Le délai entre un évènement de pluie et la variation de la qualité de l'eau à l'entrée de l'UTE que cela induit, et les temps de réaction à ces évènements avec les approches traditionnelles, augmentent les risques de moins bonnes performances de traitement de l'eau. Le premier objectif de cette thèse est de développer des modèles pour prévoir les variations de la qualité de l'eau brute, particulièrement après des événements de pluie, en se basant sur des données hydrologiques et météorologiques. L'autre objectif est de développer des modèles pour prédire la qualité de l'eau traitée à l'UTE en fonction des conditions de traitement de l'eau et de la qualité de l'eau brute. La thèse comprend six chapitres qui présentent l'état de l'art sur le sujet, les méthodologies et les procédures proposées pour la modélisation, et la démarche utilisée pour le développement et l'application des modèles pour des cas réels en utilisant des données météorologiques, hydrologiques, et de la qualité de l'eau brute alimentant des UTE. Une revue critique de la littérature a permis d'identifier les lacunes concernant les connaissances en matière de modélisation et de prédiction de la qualité de l'eau brute à des fins de traitement de l'eau. Pour combler ces lacunes, une méthodologie a été proposée pour calculer les décalages temporels globaux entre le moment où une pluie se produit, le moment où le débit d'une rivière réagit, en tant que réponse hydrologique à la pluie, et le moment où les paramètres de qualité de l'eau se dégradent. Différents modèles d'apprentissage automatique simples et d'ensemble ont été développés pour modéliser et prédire des paramètres cruciaux de la qualité de l'eau brute, en utilisant des informations hydrologiques et météorologiques. Les modèles développés ont permis de tester avec succès la méthodologie d'estimation des temps de décalage entre les variables, ainsi que de faire des prédictions des variations de la turbidité et de la MON dans l'eau, en particulier après des événements pluvieux. Globalement, les changements de la qualité de l'eau brute se produisent une demi-journée après les pics de débit de rivière (déclenchés par les évènements pluvieux) pour la turbidité (particules fines) et entre 4 à 6 journées après ces pics, pour l'absorbance UV à 254 nm (MON). Avec ces délais estimés, des variables prédicteurs mieux corrélées avec les paramètres de qualité de l'eau brute (turbidité et UV254) ont été trouvées. Les modèles d'apprentissage automatique ont démontré des bonnes capacités pour prédire la qualité de l'eau brute avec un pas de temps horaire. Ces modèles ont permis de faire des prédictions de qualité de l'eau brute en n'utilisant que des variables hydrologiques et météorologiques. Cette méthodologie ainsi que ces prédictions pourraient faire partie de systèmes d'alerte précoce du genre « évènement de pluie - traitement de l'eau » pour améliorer la gestion de la qualité de l'eau potable dès le bassin-versant. Finalement, en utilisant les capacités prédictives des algorithmes d'apprentissage automatique simples et d'ensemble, des modèles de prédiction du pH de coagulation, de l'UV à l'eau filtrée et de l'abattement de l'UV ont été développés. Ces modèles pourraient permettre aux opérateurs d'évaluer virtuellement et rapidement les performances de différentes conditions d'opération. Ces outils de modélisation ouvrent ainsi la porte à une mise en œuvre future de modèles prédictifs de doses de coagulants, en utilisant des informations sur la qualité de l'eau brute et les objectifs de traitement de l'UTE. / The quality of drinking water sources is progressively affected by natural and anthropogenic pressures. To evaluate and reduce these pressures, increased efforts are required by municipalities for spatio-temporal monitoring and surveillance of water quality and water treatment operation. Trends in temperatures and precipitation patterns are changing as a result of climate change and the variability of meteorological characteristics. Rainfall leads to rapid changes in raw water quality due to rainfall-runoff processes in watersheds. During these events, key parameters of raw water quality for drinking water treatment, such as turbidity and natural organic matter (NOM), can vary considerably. These types of changes in raw water quality require modifications in water treatment operations, such as adjustments in coagulant and disinfectant dosages, to maintain the production of safe treated water. In addition, operators of drinking water treatment plants (DWTPs) have to deal with temporal delays between the occurrence of a rainfall event and the moment when raw water quality begins to change, as well as delays between the moment they become aware of such changes and the moment when corrective actions are implemented. The objective of this thesis is to develop models to predict variations in raw water quality during and after rainfall events and to predict water treatment performances, based on hydrological and meteorological data at watershed scale, and data from raw water quality, and operational parameters of the DWTP. The thesis consists of six chapters which present the state of the art on the subject, the methodologies and procedures proposed for modeling, and the approach for the development and application of models for real cases. A critical review of the literature allowed for the identification of gaps in the knowledge regarding modeling and prediction of raw water quality for treatment purposes. To fill these gaps, a methodology was proposed to calculate the overall lag times between the occurrence of rainfall, represented by rainfall time series, the moment when the river flow reacts as a hydrological response to rainfall, represented by river flow rate time series, and the moment when water quality parameters change. Several simple and ensemble machine learning models were developed to predict key parameters of raw water quality, using hydrological and meteorological information. The developed models allowed testing the lag time estimation methodology between variables especially after rainfall events. Globally, raw water quality changes are produced half-day after river flow peaks (triggered by rainfall events) for turbidity (representing particles) and between 4 to 6 days after, for UV absorbance at 254 nm (representing NOM). This methodology and these calculated time-lags allow to find best correlated predictor variables with raw water quality variables (turbidity and UV254). Machine learning models show optimal capabilities for predicting raw water quality variables with an hourly time step. Moreover, these models showed skills for predicting raw water quality variables using only hydrological and meteorological information. This methodology and the predictions could be a part of a special kind of early warning system (EWS) called, Weather Event - Water Treatment, to enhance drinking water management starting in the watershed. Finally, by using the predictive capabilities of simple and ensemble machine learning algorithms, prediction models for coagulation pH, UV in filtered water, and UV reduction have been developed. Modeling coagulation pH and treatment efficiency, like the NOM removal measured in filtered water, may enable operators of DWTP to virtually and quickly assess the performance of different operating conditions. This opens the opportunities for future implementation of predictive models for coagulant dosages, using information on raw water quality and treatment objectives of DWTP.

Pour lutter contre la pollution issue du milieu agricole, il importe de bien la connaître et quantifier, mais surtout d’aider les agriculteurs à adopter des techniques de gestion du territoire appropriées et de bonnes pratiques agricoles. L’utilisation d’un modèle permettant de simuler l’impact des pratiques de gestion sur la qualité des eaux des cours d’eau constituerait un outil d’aide à la décision très important, notamment avec la problématique spécifique aux petits bassins versants ruraux. En effet, les petits bassins sont difficiles à modéliser, faisant souvent l’objet de peu, voire d’aucun suivi au niveau des débits et de la qualité de l’eau. Le modèle utilisé dans cette étude, qui commence à être appliqué au Québec, s’appelle Soil and Water Assessment Tool (SWAT), un modèle fortement paramétré. Mais la modélisation à l’échelle de bassin versant est entravée par beaucoup d’incertitude comme des processus inconnus du modélisateur, des processus non pris en compte par le modèle et des simplifications de processus par le modèle. Le défi est d’autant plus grand dans le cas d’une évaluation journalière de la performance du modèle: les bonnes performances journalières de SWAT avec peu de données sont rares. Or, dans un petit bassin versant où la réponse aux événements est très rapide, un pas de temps plus petit, notamment journalier, est plus adéquat pour préserver le comportement hydrologique du bassin et la variance des données et observer les effets produits sur la qualité de l’eau. Par ailleurs, la méthode de conversion des données journalières en données mensuelles ou annuelles modifie énormément le caractère des données et par conséquent les résultats d’interprétation malgré l’obtention de bonnes performances. Pour relever ce défi, la présente étude se fixe pour but d’améliorer la performance journalière en modélisation de la qualité de l’eau dans les petits bassins agricoles avec peu de données avec un modèle fortement paramétré. Ainsi, nos objectifs sont articulés autour des deux points suivants : 1) proposer une nouvelle méthodologie de calage, optimisant à la fois les débits (Q) et les charges de Matières En Suspension (MES) et du Phosphore Total (PT), sur de petits bassins versants avec peu de données, afin d’obtenir une meilleure performance journalière et 2) appliquer notre méthodologie à un petit bassin agricole avec peu de données et proposer des scénarios agricoles réalistes. La nouvelle méthodologie de modélisation proposée est issue de l’évaluation des deux approches de calage avec SWAT, uni-objective et multi-objective, ainsi que de la résolution des problèmes tout au long des calages, dont une biomasse mal représentée, une absence d’eau dans les drains, un ruissellement de surface trop élevé, un bilan de masses déséquilibré et une perte de performance des débits. Même si la performance journalière de modélisation des MES et du P total obtenue n’est pas encore optimale, elle a pu être améliorée grâce à notre méthodologie. Les résultats produits sont aussi réalistes que possible et montrent que (i) la performance du modèle dépend non seulement du choix de l’approche de calage, mais essentiellement des paramètres influents; (ii) le calage multi-objectif en considérant tous les paramètres influant sur les variables considérées est la meilleure approche pour modéliser Q, MES et PT; (iii) le changement de poids affectés aux fonctions-objectif n’a pas amélioré la performance du modèle, (iv) avec une optimisation uni-objective, une excellente performance du modèle en qualité de l’eau peut cacher une grande détérioration de la performance des débits et des composantes hydrologiques internes déséquilibrées; (v) malgré un bon pré-ajustement du bilan hydrologique annuel, le bilan de masses à l’intérieur des URH peut être complètement débalancé; (vi) et les ajustements manuels après calage de certains paramètres et la modification de certaines routines dans l’exécutable du modèle ont pu rehausser énormément la performance en qualité de l’eau. Notre nouvelle méthodologie a été appliquée sur le bassin versant Ruisseau du Portage, 21.41 km2, Québec, Canada. Par la suite, de meilleures pratiques agricoles visant l’objectif de réduction du P total dans le site étudié ont été simulées (modalités d’épandage des engrais, travail du sol, conversion de cultures…). / It is important to know and quantify diffuse pollution, and especially to help farmers to adopt best management practices. In order to control river pollution, a model simulating the fate of pollutants and identifying the best management practices can be of a great help, especially for small rural watersheds, which are increasingly polluted but rarely or not monitored. The model in this study, which begins to be used in Quebec, is the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), a highly parameterized model. Calibration of models at the watershed scale is challenging because of the possible uncertainties that may exist in the form of process simplification, processes not accounted for by the model, and processes in the watershed that are unknown to the modeller. The challenge is even greater in the case of a daily evaluation of model performance on small agricultural watersheds with limited data. With SWAT, only few case studies have been conducted on small agricultural watersheds with limited data. The time step in water quality modelling is usually monthly or annual and good fits are rarely obtained using a daily time step, given the scarcity of data. However, a daily time step better represents the dynamics of pollutants in the river especially for the fast reacting small watersheds and provides more realistic simulation results. So, to improve daily performance in modelling water quality in small agricultural basins with limited data with a highly parameterized model, our objective is twofold: 1) to propose a methodology to obtain better daily performance in modelling flow (Q), Suspended Solids (SS) and total phosphorus (TP) in small watersheds with little data and 2) to apply the methodology to a case study for a small agricultural catchment with limited data. The proposed modelling methodology is based on the evaluation of the two calibration approaches with SWAT, single-objective and multi-objective, and the resolution of the problems encountered (misrepresented biomass, absence of water in the drains, too high surface runoff, unbalanced internal model components and a loss of performance of predicting flows). Although the daily model performance in terms of suspended solids and total P is still not optimal, it has been improved thanks to the new methodology. The results showed that (i) the model performance depends not only on the choice of calibration approach, but essentially on the selection of influential parameters; (ii) the multi-objective calibration estimating all parameters related to all measured variables at once is the best approach to model Q, TSS and TP; (iii) changing weights does not improve model performance; (iv) with a single-objective optimization, an excellent water quality modelling performance may hide a loss of performance of predicting flows and unbalanced internal model components; and (v) manual adjustments after calibration of some parameters and modifications of some software routines can greatly enhance performance in water quality. After application of the new methodology on the study area, the watershed Ruisseau du Portage, 21.41 km2, Quebec, Canada, best management practices for the purpose of reduction of TP were simulated with SWAT (fertilizer application, tillage, crop conversion).

Dans le cadre d’un mandat de recherche confié à l’Université Laval par le Ministère des Transports du Québec et consistant à la réalisation d’une analyse initiale des mouvements de terrain liés à l’exploitation minière et leurs conséquences possibles sur les infrastructures routières et urbaines à Black Lake, ce projet de maîtrise a pour but d’analyser le potentiel tsunamigénique des glissements de terrain actifs sur la paroi est de la mine abandonnée LAB d’Amiante du Canada suite au remplissage actuellement en cours de la fosse. Pour ce faire, le logiciel GeoClaw, basé sur le système d’équations de Barré de Saint-Venant, a été utilisé afin de modéliser numériquement la formation d’un tsunami. Étant donné que la possibilité qu’un tsunami soit généré à Black Lake ne pourrait se réaliser que dans plusieurs années, le modèle utilisé a été tout d’abord validé en l’utilisant pour un cas québécois récent survenu en 2014 au Lac-des-Seize-Îles. La génération d’un tsunami est non seulement fonction du plan d’eau dans lequel il peut se produire, mais aussi du volume impliqué et de la vitesse de déplacement d’une masse en mouvement. Ces paramètres ont donc été préalablement déterminés avant de procéder à l’analyse du potentiel tsunamigénique des divers scénarios possibles le long de la paroi est de la mine. Étant donné les diverses incertitudes inhérentes à une telle analyse prospective, la modélisation numérique de la génération, de la propagation et de l’inondation d’un tsunami a été réalisée par une approche paramétrique, en utilisant les différents scénarios établis par les analyses de stabilité et de la cinématique ainsi qu’un modèle numérique de terrain obtenu à partir de plusieurs levés LiDAR en tant que paramètres d’entrée. De plus, l’effet du remplissage graduel de la fosse, provoqué par l’arrêt des opérations d’exploitation et de pompage, a aussi été évalué pour les divers scénarios. Les travaux ont permis d’identifier, si tel est le cas, le niveau minimal requis dans la fosse pour qu’il y ait atteinte des différentes infrastructures durant l’inondation, et d’ainsi estimer, pour chacun des scénarios, les conséquences potentielles advenant l’accélération soudaine d’un glissement de terrain et la formation d’un tsunami. Les principaux résultats démontrent que si un glissement de terrain avait réellement à se produire, trois scénarios sont potentiellement plus problématiques en termes de conséquences liées à l’inondation des différentes infrastructures. L’infrastructure routière principale du secteur (c.-à-d. la Route 112) serait potentiellement affectée, avec une gravité variable en fonction du niveau d’eau du lac et de la vitesse de mobilisation des glissements de terrain, alors que les infrastructures urbaines du secteur de Black Lake seraient toujours épargnées. Finalement, cette analyse aura aussi démontré l’intérêt d’étendre l’application de cette méthode à d’autres cas récents et historiques au Québec. / As part of a research project entrusted by the Quebec Ministry of Transports consisting in a preliminary analysis of landslides induced by the mining operations and their potential consequences on the road and urban infrastructures of Black Lake, this Master’s project analyses the tsunamigenic potential of the east wall landslides of the abandoned mine LAB d’Amiante du Canada following the eventual reflooding of the open pit. In order to achieve this, the GeoClaw software, based on the Barré-de-Saint-Venant shallow water equations, has been used to model the tsunami formation. Given the fact that a landslide-generated tsunami could only happen in several years in Black Lake, the model was first validated by applying it to a recent case that occurred in 2014 at Lac-des-Seize-Îles in Quebec. Tsunami generation is not only a function of the affected water basin, but also of the volume and the displacement velocity of the mobilised mass. These parameters have been pre-determined before proceeding with the tsunamigenic potential analysis of possible landslides along the east wall. Given the inherent uncertainties associated with this kind of prospective analysis, the generation, propagation and flood modeling has been completed with a parametric approach, using scenarios established from a stability and kinetic analysis , and using a digital elevation model built from LiDAR surveys as input parameters. Furthermore, the effect of pit flooding induced by the mine shutdown has also been evaluated for the landslide scenarios. This work allowed identifying the minimal water level required in the open pit at which the road and urban infrastructures would be affected by the inundation and thus allowed estimating the potential consequences if a sudden acceleration of the landslide occurs and if a tsunami is generated. The main results show that if a landslide were to occur, three different landslide scenarios would be potentially more problematic in terms of inundation of the infrastructures. The main road infrastructure (i. e. Highway 112) would be potentially affected, with varying severity depending on the water level of the lake and the mobilization velocities of the landslides, while the urban infrastructure located in the Black Lake area would remain unaffected. Finally, this analysis has demonstrated the interest to extend the application of this method to other recent and historic landslide-induced tsunami cases in Quebec.