Thèse (M.Sc.Géogr.) -- Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. 86-91. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2014

Reproduction de : Thèse de doctorat : Informatique, programmation et systèmes : Toulouse, INPT : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 71 réf.

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Malgré d’abondantes recherches sur le pergélisol au Nunavik, les sols polygonaux et la fissuration thermique du sol, aucune étude n’a encore été réalisée concernant la distribution spatiale de la fissuration active du sol par le gel et sur les sols polygonaux. Cette étude évalue l’activité de fissuration par le gel des polygones à fissures de contraction thermique sous les conditions climatiques actuelles et l’impact des paléoclimats froids de l’Holocène sur la répartition des polygones à travers les différentes zones bioclimatiques du Nunavik. Des milliers de photographies aériennes géoréférencées (n= 80 737) ainsi que les images satellitaires disponibles et accessibles via le logiciel ArcMap d’Esri (264 504,14 km²) ont été analysés afin de dresser un inventaire des polygones de toundra du Nunavik. Au total, 4 567 réseaux polygonaux ont été inventoriés. Pour chaque site répertorié, l’arrangement géométrique (par exemple : réseaux ouverts, fermés ou sans structure organisée), les angles d’intersection, les ordres de fissuration, le type de bombement et de bourrelets (plats, à centre surélevé, etc.), la nature du dépôt de surface affecté et la nature de la végétation dominante ont été notés et enregistrés dans une base de données. Les résultats et la modélisation des conditions de fissuration indiquent que les réseaux polygonaux actuellement actifs sont localisés au-delà du 60e parallèle Nord dans les dépôts organiques ou sur les terrasses sablonneuses recouvertes par un dépôt organique. Les tests statistiques effectués sur notre échantillon (n= 4 567) ont démontré qu’il existe une forte relation de covariance entre la nature du dépôt et les différents angles formant les réseaux. Il existe une prépondérance des réseaux orthogonaux (90°) sur les terrains plats ouverts où les contraintes thermo-mécaniques sont spatialement réparties de façon homogène dans le sol. Lorsque la topographie locale irrégulière engendre des flux de chaleur inégaux et des contraintes thermo-mécaniques hétérogènes, forçant un patron de fissuration irrégulier, le réseau tend à former un patron hexagonal (120°). / Despite abundant research in Nunavik on permafrost, ice-wedge polygons and ground thermal cracking, no study has yet been addressing the spatial distribution of active frost cracking and of thermal contraction crack polygons. To fill that knowledge gap, this study evaluates the spatial distribution of actively cracking polygons under the current climate conditions across the different bioclimatic zones of Nunavik. The study also assesses the importance of cold Holocene climate episodes for the formation of polygonal networks over the territory. Thousands of geo-referenced aerial photographs (80 737) and Esri satellite images (264,504.14 km²) were analyzed to conduct an extensive inventory of Nunavik's tundra polygons. A total of 4,567 polygonal networks were inventoried. For each identified site, the arrangement (e. g. open, closed or unorganized networks), intersections (angles), cracking orders (primary, secondary and tertiary cracks), type of bulge and rims (flat, high-centred, low-centred), the affected surficial geological materials and the vegetation cover were noted and compiled in a database. Mapping of the results and modelling of cracking conditions indicate that currently active polygonal networks are only present beyond 60°N, in the herbaceous tundra principally in organic soils, on raised beaches and on sandy organic-covered fluvial terraces. In addition, the statistical tests carried out on our sampled population showed that there is a strong dependency between the types of surficial deposits and the different angles forming the polygonal networks. Orthogonal polygons (90° intersection angles) dominate on flat terrains where the thermo-mechanical stresses are spatially homogenous and hexagonal polygons (120° intersection angles) are observed more likely on uneven terrain where local topography generates non-homogenous heat flows and uneven thermo-mechanical stresses in the ground, thus forcing a less regular cracking pattern

Afin de déterminer l'impact direct des changements climatiques sur la dynamique des coins de glace et le régime thermique du pergélisol, 16 sites d'échantillonnage dans la vallée de la rivière Narsajuaq (Nunavik, Canada) qui ont fait l'objet d'études substantielles sur les coins de glace en 1989 et 1990 ont été revisités entre 2016 et 2018. Les observations et les mesures démontrent qu'au cours des 25 dernières années, les coins de glace de la vallée de la rivière Narsajuaq ont subi une dégradation sans précédent de leurs excroissances, engendrant un approfondissement généralisé des étages principaux en raison de l'approfondissement de la couche active qui a atteint des profondeurs de 1,2 à 3,4 fois supérieures à celles de 1991. Le régime thermique des quatre principaux types de sols identifiés (organique sableux mince, organique sableux épais, organique épais et sables fluviatiles) dans la vallée a fait l'objet de simulations numériques afin de reproduire les changements de température du pergélisol depuis 1990 et de prévoir les variations de l'épaisseur de la couche active jusqu'en 2100. Au cours des dernières décennies, les coins de glace de tous les types de sol ont été actifs, se fissurant presque tous les ans, excepté en 2010, l'année la plus chaude jamais enregistrée. Pour le reste du 21ième siècle, les simulations prédisent l'arrêt complet de la fissuration du sol entre 2020 et 2095 en fonction du type de sol, des seuils de craquement et des scénarios climatiques choisis. Cependant, en prenant en compte la variabilité interannuelle du climat, il est très probable que plusieurs coins de glace cesseront de fissurer au cours des 20-30 prochaines années. La couche active a atteint une profondeur record en 2010, puis s'est amincie avec le refroidissement récent. Il est attendu qu'elle s'approfondisse suffisamment au cours des prochaines décennies pour causer une dégradation généralisée des coins de glace, ne laissant que des coins de glace fossiles en profondeurs dans le pergélisol d'ici la fin du siècle. Cette thèse propose également une nouvelle approche permettant d'améliorer les estimations des réserves de carbone dans le pergélisol arctique en se basant sur la photo-interprétation de la géologie de surface et des formes de relief ainsi que sur la reconstitution de l'histoire géologique du paysage. Une forte correspondance existe en effet, entre les formes du relief et les formations meubles d'une part et les stocks de carbone sous forme de matière organique dans les sols, d'autre part. / To determine the direct impact of climate change on ice-wedge dynamics and the permafrost thermal regime, 16 study sites in the Narsajuaq river valley (Nunavik, Canada) that were extensively studied for ice wedge between 1989 and 1991 were revisited between 2016 and 2018. Observations and measurements show that over the last 25 years, the ice wedges of the Narsajuaq river valley have experienced an unprecedented degradation of their upgrowth forms, resulting in a generalized deepening of their main stages due to the active layer reaching depths 1.2 to 3.4 times greater than in 1991. The thermal regime of the four main soil types identified (thin sandy peat, thick sandy peat, thick peat, fluvial sands) in the valley was modelled to reproduce permafrost temperature changes since 1990 and predict active layer thickness until 2100. In recent decades, ice wedges of all soil types have been active, cracking almost every year except in 2010, the warmest year on record. For the rest of the 21st century, simulations predict a complete cessation of soil cracking between 2020 and 2095 depending on the soil type, soil cracking threshold and the selected climate scenarios. However, based on the interannual variability of the climate in the region, it is very likely that ice wedges will stop cracking over the next 20-30 years. The active layer reached a record depth in 2010, then moved up with recent cooling. It is expected that the active layer will deepen sufficiently in the next few decades to cause widespread ice-wedge degradation, leaving only fossil ice-wedge roots deep in permafrost by the end of the century. This thesis also suggests a new approach to improve estimates of carbon stocks in Arctic permafrost based on image analysis of surface geology and landforms, as well as on the reconstitution of the geological history of Arctic permafrost landscapes. There is a strong connection between landscape features and surficial geology on the one hand, and carbon stocks as organic matter in soils on the other.

Ce travail porte sur la modélisation micromécanique des élastomères chargés. On cherche principalement à d'une part identifier l'influence des propriétés des différentes phases (morphologie et comportement) sur la réponse macroscopique, et d'autre part explorer les mécanismes d'interactions qui peuvent avoir lieu au sein de la micro-structure. Pour ce faire, on a mené une étude à deux échelles d'observations et ce à l'aide de simulations numériques basées sur l'homogénéisation. Le premier niveau correspond à une échelle mésoscopique pour laquelle on considère un Volume Élémentaire Représentatif (VER) bi-phasique, constitué d'un agglomérat de charge dissipatif, noyé dans une matrice hyperélastique. Le second niveau consiste, à une plus petite échelle, à explorer le comportement d'un agglomérat idéalisé, constitué de particules de charges infiniment rigides liées entre elles par une mince couche de gomme. Cette micro-structure est générée de manière aléatoire par un tirage de polygones de Voronoï. Des calculs éléments finis sont réalisés en élasticité linéaire et non-linéaire dans un contexte d'homogénéisation numérique en utilisant diverses techniques de localisation. Les différentes analyses menées montrent notamment que l'hypothèse d'affinité n'est pas adaptée à ce type de micro-structures et que le caractère incompressible de la gomme ainsi que son confinement jouent un rôle prépondérant sur le comportement mécanique de l'agglomérat. / This work focuses on the micro mechanical modeling of filled elastomers. The major question to be identified: firstly the influence of the properties of different phases (morphology and behavior) on the macroscopic response, and also to explore the mechanisms of interactions that take place within the micro-structure. To do this, we conducted a study at two scales of observations and using the numerical simulations based on homogenization. The first level corresponds to a mesoscopic scale for which we consider a representative elementary volume (REV), biphasic, consisting of a homogeneous dissipative inclusion (agglomerate) embedded in a hyperelastic matrix. The second level is at a smaller scale, to explore the behavior of an idealized agglomerate, consisting of infinitely rigid filler particles bounded together by a thin layer of rubber. This micro-structure is randomly generated by a random Voronoï polygons. Finite element calculations are performed in linear elasticity and nonlinear in the context of numerical homogenization using various localization techniques. The results show in particular that the assumption of affinity is not suitable for this type of micro-structures and the incompressibility of the rubber and its containment play an important role on the mechanical behavior of the agglomerate.

Ce travail porte sur la modélisation micromécanique des élastomères chargés. On cherche principalement à d'une part identifier l'influence des propriétés des différentes phases (morphologie et comportement) sur la réponse macroscopique, et d'autre part explorer les mécanismes d'interactions qui peuvent avoir lieu au sein de la micro-structure. Pour ce faire, on a mené une étude à deux échelles d'observations et ce à l'aide de simulations numériques basées sur l'homogénéisation. Le premier niveau correspond à une échelle mésoscopique pour laquelle on considère un Volume Élémentaire Représentatif (VER) bi-phasique, constitué d'un agglomérat de charge dissipatif, noyé dans une matrice hyperélastique. Le second niveau consiste, à une plus petite échelle, à explorer le comportement d'un agglomérat idéalisé, constitué de particules de charges infiniment rigides liées entre elles par une mince couche de gomme. Cette micro-structure est générée de manière aléatoire par un tirage de polygones de Voronoï. Des calculs éléments finis sont réalisés en élasticité linéaire et non-linéaire dans un contexte d'homogénéisation numérique en utilisant diverses techniques de localisation. Les différentes analyses menées montrent notamment que l'hypothèse d'affinité n'est pas adaptée à ce type de micro-structures et que le caractère incompressible de la gomme ainsi que son confinement jouent un rôle prépondérant sur le comportement mécanique de l'agglomérat.

Similar to the intensive developments in Geographic Information Systems (GIS) and spatial databases, the field of urban geosimulation was increasingly used in recent years, with an emphasis on high-resolution applications. This recent tendency does not agree however with the traditionally homogeneous spatial representation provided by regular cellular automata which are commonly used as the spatial structures of geosimulation applications. Several issues are raised in the literature, including reports of limitations in spatial reasoning and a lack of realism related to such spatial representations. The few solutions that, so far, deviate from the ‘dogma of regularity of the spatial representation’ are also subject to recent criticism. In this context, we propose an alternative multi-scale model based on the Voronoi diagram of polygons, which matches geographic features of the urban environment. The proposed theoretical model was developed and tested in the context of a urban geosimulation using high resolution spatial data, in the form of registered parcels of irregular shapes and sizes. The first results of the approach demonstrate the potential of our model in the context of urban geosimulation. Finally, based on our extensive analysis of the main approaches of space segmentation, we propose a schematic method to choose a spatial decomposition suited to urban geosimulation.

Thèse (M.Sc)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. 75-86. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.