Résumé : En raison de sa grande étendue, le Nord canadien présente plusieurs défis logistiques pour une exploitation rentable de ses ressources minérales. La TéléCartographie Prédictive (TCP) vise à faciliter la localisation de gisements en produisant des cartes du potentiel géologique. Des données altimétriques sont nécessaires pour générer ces cartes. Or, celles actuellement disponibles au nord du 60e parallèle ne sont pas optimales principalement parce qu’elles sont dérivés de courbes à équidistance variable et avec une valeur au mètre. Parallèlement, il est essentiel de connaître l'exactitude verticale des données altimétriques pour être en mesure de les utiliser adéquatement, en considérant les contraintes liées à son exactitude. Le projet présenté vise à aborder ces deux problématiques afin d'améliorer la qualité des données altimétriques et contribuer à raffiner la cartographie prédictive réalisée par TCP dans le Nord canadien, pour une zone d’étude située au Territoire du Nord-Ouest. Le premier objectif était de produire des points de contrôles permettant une évaluation précise de l'exactitude verticale des données altimétriques. Le second objectif était de produire un modèle altimétrique amélioré pour la zone d'étude. Le mémoire présente d'abord une méthode de filtrage pour des données Global Land and Surface Altimetry Data (GLA14) de la mission ICESat (Ice, Cloud and land Elevation SATellite). Le filtrage est basé sur l'application d'une série d'indicateurs calculés à partir d’informations disponibles dans les données GLA14 et des conditions du terrain. Ces indicateurs permettent d'éliminer les points d'élévation potentiellement contaminés. Les points sont donc filtrés en fonction de la qualité de l’attitude calculée, de la saturation du signal, du bruit d'équipement, des conditions atmosphériques, de la pente et du nombre d'échos. Ensuite, le document décrit une méthode de production de Modèles Numériques de Surfaces (MNS) améliorés, par stéréoradargrammétrie (SRG) avec Radarsat-2 (RS-2). La première partie de la méthodologie adoptée consiste à faire la stéréorestitution des MNS à partir de paires d'images RS-2, sans point de contrôle. L'exactitude des MNS préliminaires ainsi produits est calculée à partir des points de contrôles issus du filtrage des données GLA14 et analysée en fonction des combinaisons d’angles d'incidences utilisées pour la stéréorestitution. Ensuite, des sélections de MNS préliminaires sont assemblées afin de produire 5 MNS couvrant chacun la zone d'étude en totalité. Ces MNS sont analysés afin d'identifier la sélection optimale pour la zone d'intérêt. Les indicateurs sélectionnés pour la méthode de filtrage ont pu être validés comme performant et complémentaires, à l’exception de l’indicateur basé sur le ratio signal/bruit puisqu’il était redondant avec l’indicateur basé sur le gain. Autrement, chaque indicateur a permis de filtrer des points de manière exclusive. La méthode de filtrage a permis de réduire de 19% l'erreur quadratique moyenne sur l'élévation, lorsque que comparée aux Données d'Élévation Numérique du Canada (DNEC). Malgré un taux de rejet de 69% suite au filtrage, la densité initiale des données GLA14 a permis de conserver une distribution spatiale homogène. À partir des 136 MNS préliminaires analysés, aucune combinaison d’angles d’incidences des images RS-2 acquises n’a pu être identifiée comme étant idéale pour la SRG, en raison de la grande variabilité des exactitudes verticales. Par contre, l'analyse a indiqué que les images devraient idéalement être acquises à des températures en dessous de 0°C, pour minimiser les disparités radiométriques entre les scènes. Les résultats ont aussi confirmé que la pente est le principal facteur d’influence sur l’exactitude de MNS produits par SRG. La meilleure exactitude verticale, soit 4 m, a été atteinte par l’assemblage de configurations de même direction de visées. Par contre, les configurations de visées opposées, en plus de produire une exactitude du même ordre (5 m), ont permis de réduire le nombre d’images utilisées de 30%, par rapport au nombre d'images acquises initialement. Par conséquent, l'utilisation d'images de visées opposées pourrait permettre d’augmenter l’efficacité de réalisation de projets de SRG en diminuant la période d’acquisition. Les données altimétriques produites pourraient à leur tour contribuer à améliorer les résultats de la TCP, et augmenter la performance de l’industrie minière canadienne et finalement, améliorer la qualité de vie des citoyens du Nord du Canada. / Abstract : Due to its vast extent, Northern Canada faces several logistical challenges for a profitable exploitation of its mineral resources. Remote Predictive Mapping (RPM) aims to help in targeting mineral deposits through the production of geological potential maps. Elevation data is necessary for the generation of these maps. However, the currently available elevation data north of the 60th parallel are not optimal primarily because it has been derived from contours with values at a metric precision. Additionally, exact knowledge of the vertical accuracy of elevation data is essential to insure a suitable use, within its accuracy constraints. This project aimed to improve the quality of elevation data and to contribute to the refinement of RPM products for a study site located in the Northwest Territories. The first objective was to generate control points to evaluate vertical accuracy with precision. The second objective was to generate an improved elevation model for the study site. First, a filtering method for Global Land and Surface Altimetry Data (GLA14) from the ICESat (Ice, Cloud and land Elevation SATellite) mission is presented. This filtering is based on indicators, derived from information available in GLA14 data and terrain conditions, which are then applied successively to remove potentially contaminated elevation points. The points are filtered based on the attitude calculation, signal saturation, equipment noise, atmospheric conditions, slope and number of peaks. Next, a method to generate an improved Digital Surface Models (DSM) using StereoRadarGrammetry (SRG) with Radarsat-2 (RS-2) images is described. In the first part of the adopted methodology, DSM are stereorestituted from RS-2 image pairs, without control point. Then, the vertical accuracy of the DSM is calculated using the control points resulting from the filtering of GLA14 data, and analysed according to the incidence angles combination used for the stereorestitution. Next, selections from the preliminary DSM are assembled to generate 5 DSM, each covering entirely the study site. Finally, the DSM are analysed to identify the optimal selection for the area of interest. The selected indicators were found to be efficient and complementary, except for the indicator based on the noise/signal ratio. Otherwise, all indicators allowed to filter out points exclusively. A 19% reduction of the elevation mean square error was achieved with the filtering method, when compared to Canadian Digital Elevation Data (CDED). The initial density of the GLA14 allowed maintaining a spatially homogeneous distribution of the post-filtering elevation points despite a 69% rejection rate. From the analysis of the 136 preliminary DSM, no specific combination of the acquired RS-2 images incidence angles stood out as being ideal with SRG due to high variability in vertical accuracy. Nonetheless, the analysis showed that images should be ideally acquired at sub-zero temperatures to minimize radiometric discrepancies between scenes. Results also showed that the slope is the main factor influencing the accuracy of DSM generated with SRG. The best vertical accuracy (4 m) was achieved with same-side view configurations. Opposite-side view configurations, despite achieving a vertical accuracy of 5 m, allowed a 30% reduction in the amount of images initially acquired. Therefore, the use of opposite-side view configurations could help to improve the efficiency of SRG projects by reducing considerably the acquisition period. Elevation data generated using the proposed method could help to improve results from RPM and increase the efficiency of the mining industry in Northern Canada and finally contribute to the betterment of the lives of Northern Canada’s citizens.

La vitesse des ondes de cisaillement est généralement mesurée en laboratoire en utilisant des éléments piézoélectriques comme les bender elements (BE). Cependant, ces techniques présentent certains problèmes au niveau de l’émission à la fois des ondes primaires et de cisaillement, les effets de champ proche, les effets de bords, et l’incertitude au niveau de l’interprétation du signal. Une nouvelle technique, baptisée technique des anneaux piézoélectriques (P-RAT) a été développée dans le laboratoire géotechnique de l'Université de Sherbrooke afin de minimiser / éliminer les difficultés associées aux autres techniques, en particulier, la pénétration des échantillons, obligatoire pour la technique BE. Cette étude présente une description de la technique P-RAT ainsi que les résultats des simulations numériques réalisées avec le code informatique COMSOL afin d'étudier l'interaction entre les composantes du P-RAT et l'échantillon testé (sol ou solide). L’étude démontre l’efficacité du concept de la méthode P-RAT et présente des modifications pour améliorer la fiabilité et la performance de la méthode P-RAT afin d’étendre son applicabilité dans le domaine du génie civil. L’implémentation de la dernière génération de P-RAT dans une cellule triaxiale et une autre œdométrique était l’aboutissement de cette étude.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'objectif de cette thèse est de comprendre la dynamique des grandes populations de neurones interconnectées. La méthode utilisée pour atteindre cet objectif est un mélange de modèles mésoscopiques et calculs de haute performance. Le premier permet de réduire la complexité du réseau neuronale et le second de réaliser des simulations à grandes échelles. Dans la première partie de cette thèse une nouvelle approche du champ moyen est utilisée pour étudier numériquement les effets du bruit sur un groupe extrêmement grand de neurones. La même approche a été utilisée pour créer un modèle d' hypercolonne du premier cortex visuel d'où l'unité basique, est des grandes populations de neurones au lieu d'une seule cellule. Les simulations sont réalisées en résolvant un système d'équation différentielle partielle qui décrit l'évolution de la fonction de densité de probabilité du réseau. Dans la deuxième partie de cette thèse est présentée une étude numérique de deux modèles de champs neuronaux du premier cortex visuel. Le principal objectif est de déterminer comment les contours sont sélectionnés dans le cortex visuel. La différence entre les deux modèles est la manière de représenter des préférences d'orientations des neurones. Pour l'un des modèles, l'orientation est une caractéristique de l'équation et la connectivité dépend d'elle. Dans l'autre, il existe une carte d'orientation qui définit une fonction d'entrée. Toutes les simulations sont réalisées sur un cluster de processeurs graphiques. Cette thèse propose des techniques pour simuler rapidement les modèles proposés sur ce type de machine. La vitesse atteinte est équivalente à un cluster standard très grand. / The aim of this thesis is to understand the dynamics of large interconnected populations of neurons. The method we use to reach this objective is a mixture of mesoscopic modeling and high performance computing. The rst allows us to reduce the complexity of the network and the second to perform large scale simulations. In the rst part of this thesis a new mean eld approach for conductance based neurons is used to study numerically the eects of noise on extremely large ensembles of neurons. Also, the same approach is used to create a model of one hypercolumn from the primary visual cortex where the basic computational units are large populations of neurons instead of simple cells. All of these simulations are done by solving a set of partial dierential equations that describe the evolution of the probability density function of the network. In the second part of this thesis a numerical study of two neural eld models of the primary visual cortex is presented. The main focus in both cases is to determine how edge selection and continuation can be computed in the primary visual cortex. The dierence between the two models is in how they represent the orientation preference of neurons, in one this is a feature of the equations and the connectivity depends on it, while in the other there is an underlying map which denes an input function. All the simulations are performed on a Graphic Processing Unit cluster. Thethesis proposes a set of techniques to simulate the models fast enough on this kind of hardware. The speedup obtained is equivalent to that of a huge standard cluster.

La rupture des pentes et l’éclatement des roches, qui représentent deux types de risques naturels fréquents dans le monde, peuvent engendrer des conséquences économiques importantes et des pertes en vie humaine. Malgré que les phénomènes soient étudiés depuis de longues années, il reste encore des questions ouvertes et sans réponse et il est donc encore nécessaire poursuivre les recherches sur cette thématique. Le présent travail de thèse est consacré la modélisation numérique de la stabilité des grandes pentes et de l’éclatement des massifs rocheux en utilisant des méthodes basées sur l’intelligence artificielle en proposant des modifications et des améliorations de telles méthodes. En se basant sur des observations de déplacements de terrain, le glissement de terrain, qui est phénomène commun de la rupture de pentes, est étudié par le processus de Gauss afin de prédire son apparition temporelle. Ensuite, la question d’évaluation de la stabilité des pentes est abordée en utilisant la stratégie de machine à vecteurs de pertinence (RVM) avec des hyper-paramètres adaptatifs. Une approche itérative est proposée afin de déterminer les valeurs optimales des hyper-paramètres. Afin d’améliorer la prédiction, l’évaluation complète de la stabilité des pentes est réalisée en proposant un modèle basé sur la théorie de flou (CM) associé à un processus analytique d’hiérarchisation pondérée (WAHP). Ce modèle est utilisé à l’évaluation de la stabilité de la pente de rive gauche de la centrale hydroélectrique de Jinping 1, dans la région Sud-Ouest de Chine. Enfin, dans la dernière partie, la problématique de l’éclatement des massifs rocheux est abordée en utilisant des modèles basés sur la théorie du flou, en se basant sur une synthèse de 164 cas réels. Des comparaisons entre les résultats numériques et des données de terrain sont présentées pour de différents cas étudiés dans cette thèse. / Slope failures and rock burst, which are two typical types of geological hazards, create tremendous economic damages and cause massive losses to the health of domestic humans or animals every year throughout the world. The severe situation implies that they are still in need to be further studied despite the fact that they have been discussed for a long time. The present work is devoted to presenting the analysis of slope failures and rock burst using some computational intelligent models with modifications and improvements. Then landslide, a common type of slope failure, is analyzed for time occurrence prediction using the Gaussian Process by means of field-observed displacement series. After that, the problem of slope stability evaluation is discussed using the strategy of relevance vector machine (RVM) with adaptive hyper-parameter. An iteration approach is presented to find optimal hyper-parameter values in this chapter. Afterwards, the comprehensive evaluation of slope stability is carried out with the cloud model (CM) and weighted analytical hierarchy process (WAHP) closely related to the left abutment slope of Jinping 1 Hydropower Station, southwest of China. Finally, prediction of rock burst classification is engaged using the cloud models synthesized with the attribution weights on the basis of 164 rock burst cases. In each modeling of the associated problems, comparisons are given on the performance of each strategy as well as some evaluations.

Dans cette thèse, des simulations numériques directes (DNS) de fluides non Newtoniens (basées sur le modèle rhéologique FENE-P) ont été réalisées et comparées avec des DNS de fluides Newtoniens à même viscosité. Les comparaisons sont effectuées sur les statistiques dans l’espace physique et également dans l’espace spectral. Le résultat le plus remarquable est l’émergence d’une nouvelle loi de puissance avec l’exposant -6 pour l’évolution du spectre d’énergie cinétique, dans la zone dissipative. Nous constatons que dans cette région, il y a une injection d’énergie qui provient des polymères et est transférée au fluide porteur, qui est généralement négligée ou inobservable dans les autres travaux de la littérature. Cette injection d’énergie est responsable de cette nouvelle loi de puissance. Nous avons établi un bilan d’énergie échelle par échelle et une estimation approximative des quantités d’énergie échangée qui confirme ce mécanisme. / No abstract

Pas de résumé / Axisymmetric turbulence is investigated using direct numerical simulations. A fully spectral method is implemented using Chandrasekhar-Kendall eigenfunctions of the curl-operator. The numerical domain is a periodic cylinder with no-penetration and partial slip conditions at the wall. Numerical simulations are first carried out for freely decaying axisymmetric turbulence, starting from a variety of initial conditions. The simulations indicate that the global angular momentum is the most robust invariant of the system. It is further observed that large-scale coherent structures emerge, as in 2D isotropic turbulence. Energy decays more slowly than helicity, and the toroidal kinetic energy decays faster than its poloidal part. In the case where the toroidal kinetic energy becomes negligible, a quasi-two dimensional turbulence in the poloidal plane is obtained, with a behavior compatible with predictions of statistical mechanics theories. Forced and decaying simulations are then carried out to assess the cascade-behavior of the different invariants. The existence of an inverse cascade is shown to explain the robustness of the angular momentum and the possible ‘spontaneous generation’ of this quantity and of circulation in the flow. In helical flows, the existence of a dual cascade is confirmed, with a scenario compatible with the existence of an inverse energy cascade towards the large scales, and a direct cascade of helicity towards the small scales. The inverse energy cascade seems to be mainly associated with the poloidal velocity field. Using a helical decomposition of the flow, it is shown that the direct cascade of helicity seems to subsist even in the absence of net helicity, when the ‘cascade’ of the helicity contained in oppositely polarized modes is considered individually. The scaling of the energy spectra associated with the energy cascade is compatible with elementary dimensional arguments, whereas the scaling of the inverse (presumably helicity) cascade yields an anomalously steep slope. It is shown that this slope adjusts to the value predicted by dimensional analysis when the spectra are computed from a filtered velocity field in which strong intermittent regions of velocity are not accounted for. Finally, a preliminary (but unfortunately unfruitful) attempt is presented to apply a variational principle to the description of turbulent scalar mixing in three-dimensional turbulence.

Afin de lutter contre les allergies alimentaires, la société pharmaceutique DBV Technologies propose un patch épicutané permettant un traitement efficace, la plateforme Viaskin ®.Pour envisager de nouveaux moyens de production de ce patch, nous avons étudié dans cette thèse le procédé d'aérospray (AS).Pour cela, nous avons développé des modèles numériques des différentes parties spatiales de l'AS.Dans un premier temps, nous étudions le cône de liquide formé à la sortie de buse d'AS. L'approche diphasique est traitée à l'aide de la méthode de champ de phase (dite à interface diffuse), dans laquelle l'équation de Cahn-Hilliard gouverne la fonctionnelle d'interface.Deux régimes principaux sont identifiés : le régime Stationnaire Dynamique, où le cône de liquide est stable, et le régime Transitoire, où sa dynamique est périodique.Dans ce second régime, les résultats du modèle ont montré une évolution discontinue de la période d'oscillation du cône en fonction du débit liquide. Nous avons corrélé ce phénomène avec des oscillations capillaires du cône, et comparé avec succès les résultats des simulations numériques aux résultats expérimentaux.Dans un second temps, la fragmentation du jet de liquide produit par le cône est étudiée numériquement, et comparée aux résultats d'analyses de stabilité linéaire produites dans la littérature. Le modèle proposé est une méthode utilisant un maillage mobile, à interface nette.Nous avons montré que la taille des gouttelettes produites variait peu en fonction de la pression de gaz appliquée.L'ensemble des travaux permet de comprendre les phénomènes physiques sous-jacents à l'AS, et à sélectionner dans une optique industrielle les modes optimaux de fonctionnement. / In order to fight against food allergies, the pharmaceutical company DBV Technologies offers an epicutaneous patch for effective treatment, the Viaskin ® platform.To consider new ways of producing this patch, we studied in this thesis the aerospray (AS) process.For this, we have developed numerical models of the different spatial parts of the AS.First, we study the cone of liquid formed at the nozzle exit of AS. The two-phase approach is processed using the so-called diffuse interface phase field method, in which the Cahn-Hilliard equation governs the interface functional.Two main regimes are identified: the Stationary Dynamic flow regime, where the liquid cone is stable, and the Transient regime, where its motion is periodic.In this second regime, the results of the model showed a discontinuous evolution of the oscillation period of the cone as a function of the liquid flow. We have correlated this phenomenon with capillary oscillations of the cone, and successfully compared the results of the numerical simulations to the experimental results.In a second time, the fragmentation of the liquid jet produced by the cone is studied numerically, and compared to the results of linear stability analyzes produced in the literature. The proposed model is a method using a mobile mesh, with a net interface.We have shown that the size of droplets produced varies little according to the applied gas pressure.All of this work improves the understanding of the physical phenomena underlying the AS, and to select from an industrial point of view the optimal modes of operation.