Les matériaux composites sont constitués d’au moins deux matériaux dont les propriétés individuelles se combinent pour former un matériau hétérogène ayant des performances globales fortement améliorées. Parmi les types de matériaux composites, on retrouve les matériaux composites à structure sandwich, lesquels consistent en l’assemblage par collage ou soudure de deux revêtements ou peaux minces, faits d’un matériau rigide et lourd, sur un noyau épais et léger qui maintient leur écartement. Les principaux bénéfices de ces structures sont: la légèreté, la très grande rigidité, la grande résistance en flexion et l’isolation thermique. La combinaison des propriétés des matériaux utilisés comme revêtement et noyau procure aux matériaux composites à structure sandwich plusieurs avantages mécaniques, environnementaux et économiques, permettant ainsi l’élargissement du potentiel de ces matériaux composites à différentes applications. L’objectif général de ce projet de doctorat était de développer un matériau composite à base de bois laminé avec alliage d’aluminium. Les objectifs spécifiques de ce projet de recherche étaient de déterminer les propriétés physiques et mécaniques, d’estimer les coûts de production et de mesurer la performance environnementale des matériaux composites à structure sandwich. Finalement, des applications potentielles étaient évaluées en utilisant la recherche qualitative comme méthodologie. Des matériaux à structure sandwich ont été développés en utilisant quatre types de matériaux composites à base de bois (panneau de fibres à haute densité, panneau de fibres à densité moyenne, panneau de lamelles orientées et contreplaqué) comme noyau, alors qu’un alliage d’aluminium 3003 a été utilisé comme peau ou revêtement. Un adhésif polyuréthane (Macroplast UR-8346) a été utilisé pour coller les composants du matériau composite. Les paramètres de fabrication ont été déterminés à travers des essais préalables. Les propriétés physiques des matériaux composites à base de bois ont été améliorées par le laminage avec l’alliage d’aluminium. Les propriétés mécaniques en flexion, comme le module d’élasticité apparent (Eapp) et le module de rupture (MOR), ont été significativement augmentées avec le laminage d’alliage d’aluminium. L’estimation des coûts de production du matériau composite développé nous a permis de démontrer un avantage économique par rapport au panneau nid d’abeille en aluminium. La comparaison de la fabrication des matériaux composites laminés avec alliage d’aluminium par rapport au panneau nid d’abeille en aluminium a permis d’identifier les avantages environnementaux de l’utilisation des matériaux composites à base de bois comme noyau. L’analyse de l’impact environnemental (IMPACT 2002+) a montré que les émissions associées à la fabrication de tôles d'aluminium se sont avérées les plus grandes contributrices aux impacts environnementaux globaux de la fabrication des matériaux composites à structure sandwich développés. Les avantages techniques, économiques et environnementaux des matériaux composites laminés avec alliage d’aluminium ont multiplié ses applications potentielles. Enfin, la recherche qualitative basée sur la théorie ancrée a permis de déterminer les principales applications possibles à partir des suggestions des personnes interviewées. L’utilisation du Logiciel Nvivo 11 de QRS international a permis le codage des principales catégories. Les principales applications suggérées par les personnes interviewées ont été l’utilisation pour les planchers surélevés; l'application comme diviseurs de salle de bain et l’application comme panneau de contreventement ou panneau décoratif. / Composite materials consist of at least two materials whose individual properties combine to form a heterogeneous material with greatly improved overall performance. Among the types of composite materials are laminated panels or sandwich panels. These consist in the assembly by bonding or welding of two thin skins, made of a rigid and heavy material, on a thick and light core which maintains their spacing. The main benefits of these structures are: lightness, high rigidity, high flexural strength, and thermal insulation. The combination of materials used as faces and core provides laminated panels with several mechanical advantages as well as environmental and economic benefits. Consequently, the potential applications of these composite materials are extended. The overall objective of this doctoral project was to develop a wood-aluminum laminated panel. The specific objectives of this research project were: to determine physical and mechanical properties; to estimate production costs; and to verify the environmental performance of wood-aluminum laminated panels. Finally, potential applications were proposed using qualitative research methodology. Wood-aluminum laminated panel has been developed using four types of wood-based composite as core (high density fibreboard, medium density fibreboard, oriented strand board, and aspen plywood) and two 0.6-mm-thick aluminum alloy sheets as faces. The polyurethane adhesive (Macroplast UR-8346) was used to bonding laminated panels. The manufacturing parameters were determined through prior testing. The physical and mechanical properties of wood-based composites have been improved by lamination with aluminum alloy sheets. The production costs estimate concluded that the developed laminated panels have an economic advantage over the aluminum honeycomb panel. The manufacturing process of laminated composite materials with aluminum alloy shows lower environmental impacts compared to aluminum honeycomb panel. Emissions associated with the manufacturing process of aluminum sheets is the largest contributor to environmental impacts in sandwich composite materials manufacturing. The technical, economic and environmental benefits have extended the potential applications of wood-based composite materials. Qualitative research based on the grounded theory approach was used to determine the main potential applications. The main applications suggested by the interviewees were: raised flooring panels, bathroom dividers panels and decorative and bracing panels.

Durant les vingt dernières années, les grandes avancées technologiques de la télédétection aéroportée active de type Lidar ont permis d'étendre ses applications principalement dans le secteur forestier. Le capteur Lidar nous permet de déterminer la distance et la position d'un objet à partir du temps que met le rayon de lumière à atteindre le sol et à retourner au capteur. Cette capacité du Lidar est utilisée avec succès dans les études de foresterie car elle permet de caractériser le sol, la végétation, et les structures dans les trois dimensions tout en recueillant de telles données rapidement sans façon destructive. D’autre part, la fusion des données Lidar avec des données multispectrales a ouvert un grand nombre d’applications en foresterie car elle fournit de l’information sur les types de végétation, la densité foliaire des arbres, leur phénologie, de même que les propriétés optiques pour des espèces choisies. La Financière Agricole de Québec (FADQ) en collaboration avec le Laboratoire de Géomatique Agricole et Appliquée (GAAP) , cherche à profiter de ce type de technologie afin de mieux évaluer et caractériser les vergers en améliorant sa capacité à en faire l’inventaire, l’estimation des rendements et l’évaluation de sa qualité. Le présent projet vise à démontrer le potentiel des données Lidar pour visualiser en trois dimensions des attributs de structure des pommiers individuels tel que la taille de la couronne et l’estimation de la hauteur avec lesquelles on obtient la quantification de la biomasse foliaire, le calcul de la densité de feuillage et l’état du couvert. Les résultats des inventaires et rendements estimés sont comparés au rendement réel en démontrant ses avantages par rapport à la méthode conventionnelle. / During the last twenty years, large technological advances in active airborne remote sensing have allowed its application to the forest and agricultural sectors. The Lidar sensor determines the distance and the position of an object, based on the time taken by a beam of light to reach the ground and to return to the sensor. Lidar has been successfully used in forestry studies because it results in a characterization of the structure of forest stands in three dimensions. Data collection is fast and non-intrusive. On the other hand, the fusion of Lidar data with multi-spectral data opens a large number of potential forestry applications because it provides information about the type of vegetation, the foliar density of trees, their phenology, as well as optical properties of certain species. The Financière Agricole de Québec (FADQ) in association with the Laboratoire de géomatique agricole et appliquée (GAAP), has used this technology to assess the yield and the quality of orchards in Québec. The present project aims at demonstrating the potential of Lidar and of multi-spectral data to show in 3D attributes of structure of individual apple trees such as the size of the crown and the estimation of the tree height. This then allows us to estimate the foliar biomass, the density of foliage and individual tree geo-positioning obtained by Lidar. The results of the tree counting and apple production estimations are compared with field data and with statistics from FADQ. The correlations are high, demonstrating that the Lidar method is able to accurately evaluate the production of apple orchards.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le positionnement ponctuel de précision (PPP) par satellites GPS requiert encore une longue période d’observations pour atteindre une précision centimétrique, car la résolution des ambiguïtés de phase en mode absolu est contrainte par la présence d’erreurs non modélisées et de biais de phase au récepteur et aux satellites. Afin de mieux comprendre le contexte lié à la résolution des ambiguïtés de phase dans le PPP, un bilan d’erreurs affectant les observations de phase a d’abord été effectué pour évaluer les possibilités de fixer les ambiguïtés à l’entier adéquat. Puis, une approche utilisant un simulateur de signaux GPS a été proposée pour le calibrage des biais de phase d’un récepteur GPS, mais les biais estimés subissent, entre autres, l’influence des biais de code non modélisés et des effets thermiques du récepteur. Finalement, des modifications ont été apportées à la méthodologie actuelle du calibrage des biais de phase des satellites afin d’améliorer la cohérence des biais estimés avec le mod`ele fonctionnel du PPP. Des erreurs non modélisées se propagent toutefois dans les résultats obtenus et, à cet effet, des pistes d’améliorations sont suggérées. Le calibrage des biais de phase est certainement un élément essentiel à l’obtention instantanée d’une précision centimétrique en mode absolu. / GPS Precise Point Positioning (PPP) still requires long observation sessions in order to achieve cm-level accuracy because ambiguity resolution in point positioning is affected by unmodeled errors and by the presence of receiver and satellite phase biases. In order to gain a better understanding of ambiguity resolution in PPP, an error budget has been made to assess the possibilities of accurate ambiguity fixing. Then, an approach using a GPS simulator has been proposed to calibrate receiver phase biases, and the results show evidence of unmodeled code biases and thermal effects in the receiver. Finally, modifications to the actual calibration methods of satellite phase biases have been suggested to improve compatibility with PPP’s functional model. Residual errors still affect the estimated values and suggestions are made to improve the proposed methodology. The calibration of phase biases is an important issue in achieving instantaneous cm-level point positioning.

Les fossés avaloirs sont des aménagements hydro-agricoles formés d'un remblai et d'un tuyau vertical perforé, nommé avaloir, permettant de retenir temporairement l'eau de ruissellement dans un bassin de sédimentation. La littérature scientifique actuellement disponible suggère une réduction de plus de 80 % des matières en suspension, de plus de 75 % de l'azote total et de plus de 50 % du phosphore total grâce à ces fossés avaloirs. Dans le cadre de la présente étude, l'élaboration d'un protocole expérimental a permis d'analyser des centaines d'échantillons d'eau de ruissellement provenant de différents types de fossés avaloirs installés dans un champ agricole où des pratiques standard de travail minimal du sol étaient utilisées. Les résultats obtenus démontrent que, dans les conditions étudiées, les fossés avaloirs ne permettent pas d'atteindre les proportions de rétention des matières en suspension généralement rapportée dans la littérature scientifique. Lorsque comparé à un fossé témoin, nos observations démontrent une réduction des matières en suspension de 22 % et de 71 % respectivement pour le fossé avaloir Hickenbottom et le fossé avaloir doté d'une écumoire flottante. Pour ce qui est des nutriments, la réduction des phosphates, qui est la forme dissoute la plus abondante du phosphore, a été plus faible. Nos observations démontrent une réduction de 15 % pour le fossé avaloir Hickenbottom et de 34 % pour le fossé avaloir équipé d'une écumoire flottante. Quant à l'azote total, les valeurs sont plus élevées que celle d'un fossé témoin de 5 % pour le fossé avaloir Hickenbottom et de 120 % pour le fossé avaloir avec écumoire flottante. Sans pour autant déconseiller l'usage de ce type d'aménagement hydro-agricole en milieu agricole québécois, les résultats obtenus pourraient en diminuer les attentes environnementales. Des travaux supplémentaires pourraient permettre de développer ces aménagements pour les rendre plus efficaces dans les conditions du Québec.

L’utilisation de modèles tridimensionnels représente une approche intéressante pour visualiser, comprendre et analyser un environnement géologique. La construction de modèles 3D et leur utilisation demeurent cependant peu répandues dans le domaine de la géologie. Cela peut être expliqué, entre autres, par la diversité des données à disposition et les nombreuses étapes à réaliser afin de construire un modèle 3D valide et cohérent par rapport à son utilisation. Afin d’aider les modélisateurs et les guider dans leur procédure de construction de modèles 3D, ce projet de maîtrise vise l’élaboration d’un guide procédural qui assemble logiquement les étapes de construction d’un modèle géologique 3D tout en décrivant formellement les données géométriques (ponctuelle, linéaire, surfacique et volumique) utilisées. Cette description formelle est basée sur la norme en information géographique ISO/TC211 à laquelle est ajoutée une extension pour la représentation des objets volumiques. Le guide proposé facilite la construction des modèles 3D par des modélisateurs non experts. Il a été testé par des non experts qui ont réussi dans 80% des cas à construire des modèles géologiques 3D ce qui permet d’en confirmer son efficacité et son utilité. / The use of three-dimensional models represents an interesting approach to visualize, understand and analyze a geological environment. In Earth sciences, construction of 3D models and their use remain however not very widespread. That can be explained, in part, by the diversity of available data and the numerous steps required to build a valid and coherent 3D model. The purpose of this project is thus to propose a procedural guide that logically assembles 3D geological model construction steps while formally describing geometrical data (point, line, surface and volume) used. This formal description is based on ISO/TC211 geographic information standards to which an extension for the representation of the volumetric objects is added. The proposed guide facilitates the construction of 3D models by non-expert modellers. It was tested by non-experts who succeeded, in a proportion of 80%, in building 3D geological models which allows us to confirm the effectiveness and utility of the guide.

Le comportement mécanique du bois dépend fortement de la température, de la teneur en humidité, de la géométrie de la pièce, ainsi que de l’historique de sorption. Il est alors indispensable de caractériser le comportement du bois sous l’action mixte de la température, de l’humidité relative et d’une charge mécanique pour en prédire le comportement durant l’utilisation et pour mieux maîtriser les procédés de transformation et également obtenir un matériau pouvant répondre à des besoins bien spécifiques. L’objectif de cette étude a été de déterminer le comportement viscoélastique et mécanosorptif du bois d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), en utilisant des essais de fluage-recouvrance sous conditions d’humidité relative constantes et variables. Les essais de fluage-recouvrance ont été réalisés sur des échantillons de bois d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), de 110 mm de longueur (R), 25 mm de largeur (T) et 7 mm d’épaisseur (L). Des essais ont été réalisés dans un environnement contrôlé à 30°C ± 0,5°C de température et à 37%, 67% et 83% ± 2% d’humidité relative pour les essais en conditions constantes et entre 37% et 83% d’humidité relative pour les essais en conditions variables. Les essais ont été réalisés sous différents niveaux de charge appliquée. Ils ont permis de mesurer simultanément la déformation superficielle en utilisant des jauges électriques et la flèche maximale en utilisant des capteurs de déplacement. Les résultats ont montré l’impact des niveaux de charge et de la teneur en humidité d’équilibre sur le fluage du bois. Les résultats ont aussi confirmé le comportement linéaire viscoélastique du fluage du bois et la présence de l’effet mécanosorptif pendant les changements d’humidité relative. Les résultats obtenus peuvent aider à mieux comprendre le comportement des planchers de bois d’érable à sucre pendant leur utilisation.

L’objectif principal de cette recherche consistait à étudier l’influence de nanoparticules d’alumine et de silice sur les propriétés de revêtements nanocomposites UV-aqueux de type vernis pour les produits du bois. Les propriétés mécaniques (résistance à l’abrasion, dureté, résistance aux égratignures, résistance à l’impact et adhésion), optiques (brillance et couleur) et thermiques (stabilité thermique et température de transition vitreuse) ont été analysées et comparées à celles du vernis de référence ne contenant pas de nanoparticules. L’ajout de nanoparticules d’alumine et de silice a permis d’améliorer non seulement la résistance aux égratignures mais également l’adhésion des vernis nanocomposites. Cependant, la présence d’agrégats de nanoparticules, comme l’a démontré l’imagerie par microscopie électronique en transmission (MET), a entraîné une diminution des propriétés de résistance à l’abrasion, de dureté et de résistance à l’impact. Comme on pouvait s’y attendre, la présence des agrégats de nanoparticules, qui augmentent la rugosité de surface des vernis nanocomposites, a réduit la brillance des vernis bien que les propriétés de couleur n’aient pas changées en termes de clarté et de jaunissement. L’étude de la méthode de dispersions aux ultrasons a permis de mettre en évidence l’efficacité de cette technique de dispersion. En effet, la dispersion des nanoparticules d’alumine et de silice dans la matrice polyuréthanne-acrylate (PUA) au moyen des ultrasons a permis de réduire non seulement la taille des agrégats mais également leur quantité. De plus, l’amélioration de la dispersion des nanoparticules a permis d’améliorer les propriétés de dureté et de résistance à l’impact des vernis nanocomposites comparativement aux vernis à base de nanoparticules dispersées au mélangeur à haute vitesse. Les ultrasons ne présentent pas que des avantages puisque l’analyse des propriétés thermiques a démontré que cette méthode de dispersion pouvait altérer la résine PUA. L’étude de la cinétique de cuisson au moyen de la photocalorimétrie différentielle à balayage (photo-DSC) a permis de mettre en évidence deux avantages remarquables des revêtements UV-aqueux : la cuisson UV est très rapide, en 18s la réaction est complète et contrairement aux revêtements UV 100% solides, la photopolymérisation est insensible à la présence d’oxygène dans l’air malgré la formation de radicaux libres au cours de la réaction. L’analyse des courbes exothermes, obtenues par photo-DSC, a démontré que la présence des nanoparticules diminuait l’efficacité de la photopolymérisation des vernis nanocomposites. Enfin, il a été démontré que le profil cinétique des vernis nanocomposites UV-aqueux étudiés pouvait être décrit à l’aide d’un modèle autocatalytique. L’étude du comportement des nanoparticules de silice a permis de souligner l’importance de la modification de surface. En effet, le greffage de groupements méthacryloxypropyltriméthoxysilane (MEMO) à la surface des nanoparticules de silice a permis non seulement de réduire la taille et la quantité des agrégats de nanosilice mais également d’augmenter le nombre de fonctions acrylates réactifs pouvant participer à la réaction de polymérisation radicalaire. En conséquence, la dispersion des nanoparticules de silice était meilleure que celle des nanoparticules d’alumine et les vernis à base de nanosilice présentaient globalement de meilleures propriétés que les vernis à base de nanoalumine. / This research aimed to study the effect of alumina and silica nanoparticles on the properties of varnishes type UV-waterborne nanocomposite coatings for wood products. Mechanical (abrasion resistance, hardness, scratch resistance, impact resistance and adhesion), optical (gloss and color) and thermal (thermal stability and glass transition temperature) properties were analyzed and compared to those of the neat varnish containing no nanoparticles. Not only was the scratch resistance improved following the addition of nanoparticles but also the adhesion of nanocomposite varnishes. However, the presence of nanoparticle aggregates as suggested by transmission electron microscopy (TEM) led to a decrease of the abrasion resistance, the hardness and the impact resistance. As expected, the gloss of varnishes was reduced because of the presence of aggregates which increase the surface roughness of nanocomposite varnishes, although color properties remained unchanged in terms of lighting and yellowing. Ultrasonication was shown to be an efficient dispersion method. Not only did the size of aggregates decrease following the dispersion of nanoalumina and nanosilica in polyurethane-acrylate (PUA) by means of ultrasounds but also their number. Moreover, the improvement of nanoparticle dispersion led to improve the hardness and the impact resistance of nanocomposite varnishes in comparison to varnishes based on nanoparticles dispersed with high speed mixer. Also, ultrasonication presents some disadvantage as thermal properties have demonstrated that ultrasounds could affect PUA resin. Curing kinetic study by means of photodifferential scanning calorimetry (photo-DSC) demonstrated two interesting advantages of UV-waterborne coatings: UV-curing is very fast as the reaction is achieved after 18s and contrary to high solid content UV-coatings, photopolymerization is insensitive to oxygen in spite of free-radical formation during the reaction. The decrease of exothermic curves, obtained from photo-DSC, revealed that the addition of nanoparticles reduced the photopolymerization efficiency of nanocomposite varnishes. Finally, it has been demonstrated that the kinetic profile of nanocomposite varnishes could be described using an autocatalytic model. The importance of surface modification was demonstrated with the study of nanosilica behavior. Not only did the amount and the size of nanosilica aggregates decrease following grafting methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO) groups on the surface of silica nanoparticles but also the number of reactive acrylates functions which can take part in the free-radical polymerization. As a result, the dispersion of silica nanoparticles was better than the one of alumina nanoparticles and nanocomposite varnishes containing nanosilica presented better properties in comparison to nanocomposite varnishes containing nanoalumina dispersed with high speed mixer.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Par souci environnemental, la Politique de protection des rives, du littoral et des plaines inondables fixe des contraintes aux propriétés riveraines québécoises. Ces contraintes sont applicables à l'intérieur de bandes de protection de largeur prédéterminée. La ligne des hautes eaux en constitue le point d'ancrage. Il s'agit d'une limite environnementale, indépendante des limites de propriété, possédant une double nature entre lesquelles il existe une corrélation. Une nature botanique basée sur les traces laissées par le passage récurrent des eaux. Une nature hydrologique-hydraulique basée sur les statistiques et la modélisation des écoulements. Pour les cours d'eau drainant de grands bassins versants, les mesures historiques de débits ou de hauteurs d'eau et les études hydrologiques-hydrauliques préexistantes fournissent une cote, directement applicable par les intervenants oeuvrant en aménagement du territoire qui ne sont ni expert en botanique, ni en hydrologie-hydraulique. Par contre, pour les petits cours d'eau non instrumentés, il n'existe aucune méthode à la fois simple, expéditive et réellement accessible pour remplir une telle tâche. En effet, lorsqu'elle est utilisée par un non-expert, la méthode botanique simplifiée proposée par le ministère du Développement durable de l'Environnement et des Parcs (MDDEP) mène à l'identification de plusieurs lignes correspondant chacune à un état significatif d'écoulement. L'incertitude sur la localisation des contraintes s'en trouve grandement affectée. Pour discriminer parmi ces lignes multiples, une relation hydrologique adaptée aux petits cours d'eau de la plaine du Saint-Laurent est établie. Cette dernière est combinée à des équations hydrauliques existantes et à des observations d'indicateurs botaniques, morphologiques et physiques au sein d'une toute nouvelle approche mixte s'appuyant sur la double nature de la limite recherchée. Afin d'évaluer les possibilités de celle-ci, elle est appliquée à neuf sites pour lesquels la cote d'élévation de la ligne des hautes eaux est préalablement connue. Les sciences géomatiques permettent d'y exploiter la complémentarité de la botanique et de l'hydrologie-hydraulique. Elles fournissent un cadre de comparaison unique : la mesure d'élévation. Elles permettent également de recueillir de façon cohérente, de stocker et d'exploiter des observations géoréféfencées de nature pourtant différentes. Au moyen de levés d'arpentage, les indicateurs-terrain et les paramètres liés à l'écoulement sont mesurés aux neuf sites. Les observations sont stockées à l'intérieur d'un fichier de coordonnées unique, puis exploitées à l'aide de logiciels DAO et COGO traditionnels afin d'examiner la corrélation existant entre les traces laissées par le cours d'eau et les modélisations hydrologiques-hydrauliques. En somme, l'addition de manipulations hydrologiques et hydrauliques permettent de réduire considérablement le nombre de lignes potentielles à considérer. D'autre part, l'étude valide ou infirme quelques relations proposées par le frère Marie-Victorin et le MDDEP quant à la position altimétrique de la limite environnementale par rapport à des indices physiques précis (par exemple les marques laissées par les glaces sur le tronc des arbres). L'utilisation de ces relations, de concert avec l'approche mixte, permet une réduction supplémentaire du domaine d'incertitude.

Les semences forestières génétiquement améliorées pourraient ne plus être adaptées aux sites où elles sont destinées à cause des changements climatiques. La migration assistée figure parmi les stratégies d'adaptation proposées pour maintenir la productivité forestière et diminuer la vulnérabilité des écosystèmes. Les réponses morpho-physiologiques des plants d’épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) issus de huit vergers à graines ont été évaluées en pépinière et sur trois sites de plantation. La modélisation des courbes de croissance a montré que la hauteur des vergers méridionaux et de deuxième génération est significativement supérieure à celle des autres vergers. Un modèle à régression multiple a montré que la hauteur finale des plants était significativement corrélée aux conditions climatiques d’origine des vergers. Le verger et le site de plantation ont affecté significativement la croissance en hauteur des plants. Les résultats de la présente étude et ceux obtenus à long terme contribueront à raffiner les règles opérationnelles de transfert des semences propres à la migration assistée. / Due to climate change, genetically improved trees may no longer be adapted to the sites where they are intended to be planted. Assisted migration is a potential adaptation strategy for maintaining forest productivity and reducing vulnerability in the face of a changing climate. Morpho-physiological responses of white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) seedlings from eight seed orchards were evaluated in a nursery and at three planting sites. The modeling of growth curves showed that the height of both the southern orchards and second generation orchards was significantly higher than the other orchards. A multiple regression model showed that the final height of the plants was significantly correlated with climatic conditions of the orchards. The orchard and the planting site significantly affected height growth of seedlings. The results of this study and those obtained over the longer term should help to refine the operational rules of seed transfer for assisted migration.

Les systèmes d'information géographique (SIG) sont employés couramment pour la représentation, la gestion et l'analyse des données spatiales dans un grand nombre de disciplines, notamment les sciences de la terre, l'agriculture, la sylviculture, la météorologie, l'océanographie et plusieurs autres. Plus particulièrement, les géoscientifiques utilisent de plus en plus ces outils pour l'intégration et la gestion de données dans différents types d'applications environnementales, allant de la gestion des ressources en eau à l'étude du réchauffement climatique. Au delà de ces possibilités, les géoscientifiques doivent modéliser et simuler des champs spatiaux dynamiques et 3D et intégrer aisément les résultats de simulation à d'autres informations spatiales associées afin d'avoir une meilleure compréhension de l'environnement. Cependant, les SIG demeurent extrêmement limités pour la modélisation et la simulation des champs spatiaux qui sont habituellement tridimensionnels et dynamiques. Ces limitations sont principalement reliées aux structures de données spatiales actuelles des SIG qui sont bidimensionnelles et statiques et ne sont pas conçues pour aborder le 3D et les aspects dynamiques des champs spatiaux 3D. Par conséquent, l'objectif principal de ce travail de recherche est d'améliorer la capacité actuelle des SIG concernant la modélisation et la simulation des champs spatiaux dynamiques et 3D par le développement d'une structure de données spatiale 3D cinétique. Selon notre revue de littérature, la tetraèdrisation Delaunay dynamique 3D (DT) et sa structure duale, le diagramme Voronoi 3D (VD), ont un potentiel intéressant pour manipuler la nature tridimensionnelle et dynamique de ce genre de phénomène. Cependant, en raison de l'échantillonnage particulier des données utilisées dans les applications en géosciences, la tetraèdrisation Delaunay de telles données est souvent inadéquate pour l'intégration et la simulation numériques de champs dynamiques. Par exemple, dans une simulation hydrogéologique, les données sont réparties irrégulièrement i.e. verticalement denses et horizontalement clairsemées, ce qui peut résulter en une tessellation inadéquate dont les éléments seront soit très grands, soit très petits, soit très minces. La taille et la forme des éléments formant la tessellation ont un impact important sur l'exactitude des résultats de la simulation, ainsi que sur les coûts de calcul qui y sont reliés. Par conséquent, la première étape de notre travail de recherche est consacrée au développement d’une méthode de raffinement adaptative basée sur la structure de données Delaunay dynamique 3D et à la construction d’une tessellation 3D adaptative pour la représentation et la simulation de champs dynamiques. Cette tessellation s’ajuste à la complexité des champs, en considérant les discontinuités et les critères de forme et de taille. Afin de traiter le comportement dynamique des champs 3D dynamiques dans SIG, nous étendons dans la deuxième étape de cette recherche le VD 3D dynamique au VD 3D cinématique pour pouvoir mettre à jour en temps réel la tessellation 3D lors des procédés de simulation dynamique. Puis, nous montrons comment une telle structure de données spatiale peut soutenir les éléments en mouvement à l’intérieur de la tessellation ainsi que leurs interactions. La structure de données cinétique proposée dans cette recherche permet de gérer de manière élégante les changements de connectivité entre les éléments en mouvement dans la tessellation. En outre, les problèmes résultant de l'utilisation d’intervalles de temps fixes, tels que les dépassements et les collisions non détectées, sont abordés en fournissant des mécanismes très flexibles permettant de détecter et contrôler différents changements (événements) dans la tessellation Delaunay 3D. Enfin, nous étudions le potentiel de la structure de données spatiale cinétique 3D pour la simulation de champs dynamiques dans l'espace tridimensionnel. À cette fin, nous décrivons en détail les différentes étapes menant à l'adaptation de cette structure de données, de sa discrétisation pour des champs 3D continus à son intégration numérique basée sur une méthode événementielle. Nous démontrons également comment la tessellation se déplace et comment la topologie, la connectivité, et les paramètres physiques des cellules de la tessellation sont localement mis à jour suite à un événement topologique survenant dans la tessellation. Trois études de cas sont présentées dans la thèse pour la validation de la structure de données spatiale proposée, et de son potentiel pour la simulation de champs spatiaux 3D et dynamiques. Selon nos observations, pendant le procédé de simulation, la structure de données est préservée et l'information 3D spatiale est gérée adéquatement. En outre, les résultats calculés à partir des expérimentations sont très satisfaisants et sont comparables aux résultats obtenus à partir d'autres méthodes existantes, pour la simulation des mêmes champs dynamiques. En conclusion, certaines des limites de l'approche proposée liées au développement de la structure de données 3D cinétique et à son adaptation pour la représentation et la simulation d'un champ spatial 3D et dynamique sont discutées, et quelques solutions sont suggérées pour l'amélioration de l'approche proposée. / Geographic information systems (GIS) are widely used for representation, management and analysis of spatial data in many disciplines including geosciences, agriculture, forestry, metrology and oceanography etc. In particular, geoscientists have increasingly used these tools for data integration and management purposes in many environmental applications ranging from water resources management to global warming study. Beyond these capabilities, geoscientists need to model and simulate 3D dynamic spatial fields and readily integrate those results with other relevant spatial information in order to have a better understating of the environment. However, GIS are very limited for modeling and simulation of spatial fields which are mostly three dimensional and dynamic. These limitations are mainly related to the existing GIS spatial data structures which are 2D and static and are not designed to address the 3D and dynamic aspects of continuous fields. Hence, the main objective of this research work is to improve the current GIS capabilities for modeling and simulation of 3D spatial dynamic fields by development of a 3D kinetic data structure. Based on our literature review, 3D dynamic Delaunay tetrahedralization (DT) and its dual, 3D Voronoi diagram (VD), have many interesting potentials for handling the 3D and dynamic nature of those kind of phenomena. However, because of the special configurations of datasets in geosciences applications, the DT of such data is often inadequate for numerical integration and simulation of dynamic field. For example, in a hydrogeological simulation, the data form highly irregular set of points aligned in vertical direction and very sparse horizontally which may result in very large, small or thin tessellation elements. The size and shape of tessellation elements have an important impact on the accuracy of the results of the simulation of a field as well as the related computational costs. Therefore, in the first step of the research work, we develop an adaptive refinement method based on 3D dynamic Delaunay data structure, and construct a 3D adaptive tessellation for the representation and simulation of a dynamic field. This tessellation is conformed to represent the complexity of fields, considering the discontinuities and the shape and size criteria. In order to deal with the dynamic behavior of 3D spatial fields in a moving framework within GIS, in the second step, we extend 3D dynamic VD to 3D kinetic VD in the sense of being capable of keeping update the 3D spatial tessellation during a dynamic simulation process. Then, we show how such a spatial data structure can support moving elements within the tessellation and their interactions. The proposed kinetic data structure provides an elegant way for the management of the connectivity changes between moving elements within the tessellation. In addition, the problems resulting from using a fixed time step, such as overshoots and undetected collisions, are addressed by providing very flexible mechanisms to detect and manage different changes (events) in the spatial tessellation by 3D DT. Finally, we study the potentials of the kinetic 3D spatial data structure for the simulation of a dynamic field in 3D space. For this purpose, we describe in detail different steps for the adaption of this data structure from its discretization for a 3D continuous field to its numerical integration based on an event driven method, and show how the tessellation moves and the topology, connectivity, and physical parameters of the tessellation cells are locally updated following any event in the tessellation. For the validation of the proposed spatial data structure itself and its potentials for the simulation of a dynamic field, three case studies are presented in the thesis. According to our observations during the simulation process, the data structure is maintained and the 3D spatial information is managed adequately. Furthermore, the results obtained from the experimentations are very satisfactory and are comparable with results obtained from other existing methods for the simulation of the same dynamic field. Finally, some of the limitations of the proposed approach related to the development of the 3D kinetic data structure itself and its adaptation for the representation and simulation of a 3D dynamic spatial field are discussed and some solutions are suggested for the improvement of the proposed approach.