Une caractérisation géotechnique des sites d'étude de l'Isle-Verte et de Notre-Dame-des-Neiges, dans le Bas-Saint-Laurent, a permis de définir les principales caractéristiques physiques, minéralogiques, mécaniques et hydrauliques des silts argileux constituant ce dépôt. Ces sites sont constitués d'une couche de consistance très raide à dure qui surmonte une couche de consistance raide, avec la présence d'une couche de transition entre celles-ci. L'unité supérieure est fortement surconsolidée et montre des teneurs en eau d'environ 20 %, associées à des indices de liquidité près de 0. L'unité inférieure présente des teneurs en eau d'environ 30 %, associées à des indices de liquidité qui augmente jusqu'à 0,8 en profondeur. Plusieurs indices indiquent que le sol de l'unité inférieure est normalement consolidé ou légèrement surconsolidé, dont un rapport SuV/'v0 de 0,20 et des rapports Bq entre 0,8 et 1,0. L'unité intermédiaire joue un rôle de transition entre les unités supérieure et inférieure, avec des caractéristiques qui varient graduellement entre les deux unités. De façon générale, l'ensemble du dépôt possède des indices des vides très faibles, notamment pour les unités supérieures et intermédiaires, qui sont associés à des indices de compression entre 0,1 et 0,25. Le mode de mise en place de ce dépôt pourrait expliquer ses caractéristiques géotechniques. Il est probable qu'une réavancée glaciaire entre 12 400 et 12 000 ans B.P. ait déplacé du matériau argileux situé à des élévations plus importantes pour ensuite le déposer sur du matériau argileux déjà présent à des élévations plus faibles. L'unité inférieure semble normalement consolidée, ce qui implique que le glacier était semi-flottant et que les sols argileux qui ont été déplacés étaient gelés et collés sous le glacier. L'hypothèse de la combinaison du gel et d'une surcharge pourrait expliquer le fort degré de surconsolidation et les IL très faibles de l'unité supérieure.

Les pertes de matériaux par rebond représentent encore à ce jour le problème le plus important qui limite parfois l’utilisation du béton projeté. Bien que la compréhension des techniques de projection utilisées par les lanciers soit en constante progression et que de nombreux nouveaux mélanges soient développés régulièrement, l’état actuel des connaissances concernant les mécanismes de mise en place qui apparaissent au sein du jet de béton projeté est limité. Cette affirmation s’applique particulièrement entre les moments où les matériaux sont expulsés de la lance jusqu’à leur impact sur le substrat de béton frais. À l’heure actuelle, un modèle physique permet de calculer et de prédire le rebond d’une seule particule incidente en fonction de son énergie et de sa profondeur de pénétration à la paroi réceptrice. Par contre, les paramètres nécessaires à une telle prédiction ne sont pas facilement mesurables expérimentalement. De plus, ce modèle n’est évidemment pas représentatif de plusieurs facteurs réels qui agissent à l’échelle d’un jet de béton projeté et qui devraient être considérés, comme l’interaction entre les particules et leur angle d’incidence par rapport à la paroi réceptrice. D’un autre côté, des avancées importantes ont été réalisées récemment à l’échelle du jet complet, notamment au niveau de l’explication des phénomènes qui permettent l’accélération des particules, de la caractérisation des champs de vitesses, de la répartition des masses dans le jet et finalement, au niveau de la composition du matériau en fonction de la position dans le jet. Une meilleure compréhension de l’effet de l’équipement utilisé doit être explorée avec l’étude des facteurs favorisant la mise en place du matériau et la réduction du rebond. Cela pourrait être fait en améliorant les conditions d’impact des particules qui entrent en contact avec le substrat, en sélectionnant le meilleur équipement disponible. Ce projet de recherche aspire à poursuivre l’étude des phénomènes de mise en place du béton projeté en proposant une étude du procédé à l’échelle du jet qui se concentre sur l’effet de l’équipement utilisé lors de la projection. En premier lieu, il s’agit de déterminer les paramètres qui influencent le champ de vitesse produit par une lance en béton projeté par voie humide. La lance représente le dernier obstacle franchi par le matériau avant d’être expulsé vers la paroi réceptrice, donc cette pièce d’équipement joue un rôle important sur les conditions de mise en place. Il sera ensuite question de comparer les deux principaux procédés qui sont utilisés en béton projeté, la voie humide et la voie sèche, en poursuivant l’exploration de la distribution massique des particules dans le jet en voie sèche et en utilisant des données obtenues dans des études récentes pour le procédé par voie humide. Pour atteindre les objectifs du projet, ce sont cinq (5) lances différentes pour le procédé par voie humide et trois (3) lances pour le procédé par voie sèche qui font partie de l’étude. Le programme expérimental consiste à comparer les performances des lances étudiées selon des critères établis, basés sur la forme et l’amplitude du champ de vitesse. Les résultats montrent que plusieurs facteurs influencent la performance d’une lance; ils permettent d’établir un classement jugeant la performance des lances en utilisant des critères physiques comme la vitesse incidente des particules ainsi que leur distribution spatiale. La vitesse des particules incidente joue un rôle primordial sur leur énergie à l’impact sur le substrat de la paroi réceptrice. La distribution massique dans une section du jet produit par une lance contrôle le débit de mise en place du matériau en fonction du rayon perpendiculaire à l’axe de projection et représente une avenue intéressante à explorer pour améliorer ou adapter la technique de projection selon la lance utilisée. / Material losses due to rebound represent the main issue of shotcrete and sometimes limit the process’ use and applicability. Even if the understanding of shooting techniques used in practical applications is being researched and in constant progress, and new shotcrete mixes are being developed regularly, the actual field of knowledge related to material placement mechanisms taking place during the impact of sprayed particles is limited, starting from the moment materials are expelled from the nozzle until particles impact on the fresh shotcrete substrate. For the time being, a physical model allows calculation of rebounding probability for a single incident particle based on its kinetic energy and its depth of penetration onto the receiving surface. However, parameters that are necessary to obtain such a prediction are not easily measured. In addition, this model is obviously not representative of the reality at the scale of a full shotcrete spray and does not take into account the interaction between particles and their angle of incidence with the receiving surface. On the other hand, significant progress was made recently with regards to describing the shotcrete process at the scale of the spray. Analysis methods were developed and explanations of phenomena allowing particles acceleration were refined and include characterization of velocity fields, distribution of material masses among the spray and, at last, material composition according to position in the spray. A better understanding of the equipment used during practical applications is clearly a path to be explored with the study of factors controlling placement of materials and reduction of rebound. This could be achieved by improving particles impact conditions with the substrate, which could be done by optimizing equipment selection and shooting parameters. This research project aims to deepen the study of shotcrete placement phenomena by researching equipment influence at the scale of the spray during a projection. The main objectives of this project are defined as follows. The first objective is to determine parameters influencing axial velocity fields that are obtained with various wet-mix nozzles. This piece of equipment plays an important role on placement conditions of sprayed particles. The next step will be to compare both shotcrete placement processes, wet-mix and dry-mix, by exploring materials mass distribution with three different dry-mix nozzles and comparing with wet-mix data previously obtained. To achieve the above objectives, five (5) different wet-mix nozzles and three (3) dry-mix nozzles are included in the present research project. The experimental program will allow a comparison of nozzle performances based on distribution and amplitude of axial velocity fields, since velocity is the main factor influencing kinetic energy of a single particle. Results show that several factors may influence a nozzle’s performance and justify the selection of particular nozzle parameters over others. The incident mass distribution at any section of the spray produced by a given nozzle controls the materials placement rate in regards to the shooting axis perpendicular distance and represents an interesting path to explore to better adapt shooting technique according to the nozzle that is used.

Ce mémoire décrit le modèle numérique Smoothed Particle Ice Dynamics Equations for Rivers (SPIDER) développé par Nolin, Roubtsova et Morse afin de modéliser le transport et l'accumulation de glace à la surface d'une rivière. Dans SPIDER, la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) est utilisée pour résoudre les équations de dynamique de la glace en deux dimensions. Le modèle SPIDER a été utilisé afin de simuler la formation d'embâcle fluvial. Les profils d'embâcle obtenus sans considérer le frottement des berges sont identiques à ceux présentés dans les études antérieures. Les profils obtenus en considérant le frottement des berges diffèrent de ceux présentés dans les études antérieures mais sont conformes à la méthode utilisée pour modéliser le frottement. Deux études paramétriques ont été réalisées afin de caractériser l'influence de l'angle de frottement interne de la glace ([phi]) et du coefficient de traînée eau-glace (cw) sur les profils d'embâcle. Ces études montrent que plus l'angle ʹ est grand, plus l'embâcle est long et moins la glace au pied de l'embâcle est épaisse. De même, plus cw est grand, plus l'embâcle est court et plus l'épaisseur de glace au pied de l'embâcle est grande. Le relâchement d'un embâcle fluvial a été simulé en couplant SPIDER au modèle hydrodynamique KIMBULA développé par Roubtsova V. et Kahawita R. à l'École Polytechnique de Montréal. Les résultats préliminaires simulés par ce modèle hybride sont similaires à ceux présentés dans les études antérieures.

Le défi relevé dans ce mémoire est d'élaborer un nouveau modèle d'écoulement « Q3D » permettant le calcul des débits dans les cours d'eau naturels, en présence et absence d'un couvert de glace, à partir des relevés de vitesses et de profondeurs enregistrés par un instrument installé dans le fond du cours d'eau. Ce modèle, dans sa composante d'éléments finis, résout l'équation de Poisson pour générer la forme de la distribution des isotâches (contours d'égale vitesse). Les vitesses sont ensuite obtenues à l'aide de l'équation proposée par l'auteur du modèle POME (Principle Of Maximum Entropy) reliant ces contours au degré de turbulence caractérisant l'écoulement. Q3D est testé sur les données provenant des instruments SONTEK Argonaut Shallow water (SW) installés à deux sites voisins sur la rivière Châteauguay, QC. Les premiers résultats obtenus indiquent que Q3D reste stable dans l'estimation des paramètres hydrauliques, malgré le changement des conditions d'écoulement. La comparaison des débits du modèle Q3D avec les jaugeages réalisés indique que Q3D est sensible à la forme géométrique de la section d'écoulement. En ayant l'information d'un seul jaugeage, il est possible d'introduire un facteur de correction des débits. Une fois appliqué, Q3D présente des résultats excellents : Pour le site aval de Châteauguay, été comme hiver, 12 fois sur 13 l'erreur sur le débit est inférieure à 7%. Cela est très prometteur pour de futures investigations. / This study introduces a new model "Q3D" to calculate flow in the natural rivers during summer and winter conditions using velocity and depth data obtained by an instrument installed in the bottom of the river. The model uses a finite element mesh to solve the Poisson's equation to generate the form of the distribution of the isovels (contours equal velocity) in the gauged cross-section. As a function of turbulence intensity, numerical values are then assigned to the isovels using the equation suggested by the authors of the POME model (Principle Of Maximum Entropy). Q3D is tested on the data of the Châteauguay River, QC. Results indicate that Q3D remains stable in the estimate of the hydraulic parameters for a wide variety of flow conditions. The comparison of Q3D with measured discharges indicates that Q3D is sensitive to the geometrical form of the cross-section of stream. However, when one single gauging is used to calibrate Q3D, it yields excellent results: the error in discharge was less than 7% in 12 times out of 13 measurements. Therefore, winter or summer, Q3D is a very promising candidate for use in conjunction with the velocity index methods to monitor streamflow.

Une étude en modèle réduit a été entreprise en vue de déterminer les forces, les moments et le franchissement des vagues sur des murs munis de déflecteurs ou chasse-mer. Ces ouvrages sont placés en bordure des routes longeant la mer, particulièrement sur la péninsule gaspésienne. Les essais ont été effectués dans le canal à houle du laboratoire d'hydraulique de l'Université Laval, sous les conditions de vagues, régulières, de profondeurs d'eau et pour une pente du fond de 1 : 10 devant le mur. Les essais en laboratoire ont également été réalisés sur deux murs de hauteur différente, soit à une échelle de Fraude de 1 : 15. Quatre déflecteurs, ayant des rayons de courbure de 40 et 80 mm à l'échelle de 1 : 15 et de 30 et 60 mm à l'échelle de 1 : 15, ont été testés en laboratoire, de façon à comparer leur effet sur les forces et le franchissement des vagues. Les données des hauteurs de vagues, des forces et des moments ont été enregistrées à l'aide du logiciel DaisyLab®, puis calculées à l'aide du logiciel Matlab et enfin analysées dans Excel pour en obtenir les statistiques de leur variabilité. Le montage expérimental est décrit dans le chapitre 2. Le chapitre 3 présente les différentes conditions des essais effectués en laboratoire. Les résultats et leurs interprétations sont présentés dans le chapitre 4. Le chapitre 5 présente les analyses statistiques. La conclusion et les recommandations découlant de cette étude se retrouvent au dernier chapitre.

Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l’influence de la température sur le comportement au jeune âge du béton. Pour évaluer les propriétés du béton au jeune âge, le Centre de recherche sur les infrastructures en béton de l’Université Laval a développé un appareil (R2D2) permettant de mesurer les déformations du béton. Cet appareil était utilisé seulement en conditions isothermes. Pour imposer des variations de température au béton, il a fallu revoir la conception de l’appareil et la valider expérimentalement. Une application informatique a d’abord été développée pour permettre l’imposition de variations de température à l’appareil R2D2. Ensuite, une vérification du comportement de l’appareil lors des variations de température a été nécessaire. Une étude sur la distribution de la température dans le béton ainsi que de la fonctionnalité des appareils de mesures a ainsi été réalisée. Les appareils de mesure n’étant pas initialement adaptés pour subir des variations de température, il a fallu apporter quelques modifications matérielles à l’appareil. Finalement, une méthode de calcul pour évaluer l’évolution du coefficient de dilatation thermique (CDT) du béton au jeune âge a été proposée et les résultats de cette évolution ont été analysés pour six différents mélanges. Les modifications apportées à l’appareil ont permis de développer une méthode de calcul du CDT qui permet d’éliminer les erreurs parasites causées par les variations thermiques. En effet, en imposant des cycles de température au béton, l’appareil R2D2 subissait également des variations thermiques qui influençaient les résultats. Les modifications de l’appareil ainsi que la procédure utilisée pour calculer le CDT du béton ont permis d’éliminer ces erreurs. L’étude effectuée sur les mélanges de béton a permis de démontrer que le type de ciment n’a pas une influence majeure sur le CDT du béton au jeune âge. Par contre, le rapport eau-ciment a plus d’influence sur le CDT du béton au jeune âge. De façon générale, plus le rapport eau-ciment est élevé, plus le CDT du béton au jeune âge est élevé. / This project research concerns the influence of temperature on the early-age behaviour of young age concrete. The Centre de recherche sur les infrastructures en béton has developped a device (R2D2) that measures the displacements in concrete. Until now, this device was only used to measure the displacements in concrete under isothermal conditions. In order to use the R2D2 device under thermal variations, the design on the apparatus had to be revised. First, a software had to be created in order to control the thermal variations of concrete. Secondly, the device’s behaviour under thermal variations was evaluated. A study on the distribution of the temperature in the concrete and on the functionality of the data acquisition system was also carried out. The data acquisition system was not properly adapted for thermal variations so some material modifications were necessary. Finally, a method to calculate the evolution of the thermal dilation coefficient (TDC) of early-age concrete and the results of that evolution for six different concretes were analysed. The modifications that were made on the apparatus allowed to develop a method to calculate the TDC so that the errors caused by the thermal variation of the apparatus were eliminated. During the thermal variations tests, the apparatus was also undergoing thermal variations which caused errors in the TDC calculation. Once the modifications were made, the errors were eliminated and a better evaluation of the early-age concrete TDC was obtained. The study made on the six different concretes has demonstrated that the type of cement does not have a major influence on the early-age concrete TDC. On the contrary, the water-cement ratio seems to have an influence on the early-age values of the TDC. In general, the higher the water-cement ratio is, the higher is the early-age concrete TDC.

En hydrologie, la simulation de la transformation de la pluie en débit dans les rivières constitue un axe de recherche dynamique. À la mise en oeuvre des nouveaux modèles, il faut ajouter les tentatives d'améliorer ceux existant grâce à la possibilité qu'offrent des nouveaux outils d'acquisition de données et à la puissance de calcul des ordinateurs toujours croissante. La puissance de calcul des nouveaux ordinateurs rend utilisable des algorithmes autrefois difficiles à mettre en oeuvre comme les réseaux de neurones (RN). Les réseaux de neurones ont connu un essor dans la modélisation hydrologique dans les années 1990 où ils ont été essentiellement utilisés dans la mise en oeuvre de modèles pluie-débit. Dans cette thèse l'on cherche à remplacer le module BV3C (bilan vertical 3 couches) du modèle distribué HYDROTEL par un ensemble de réseaux de neurones. BV3C divise le sol en trois couches où il simule les teneurs en eau et les débits sortant de chacune des couches. Cette démarche a pour but d'explorer l'opportunité de remplacer des modules de modèles complexes par des réseaux de neurones qui, une fois optimisés, constituent des outils de calculs très simples, rapides et transportables sur des supports informatiques simples. Le défi d'une telle démarche est de trouver une base de données représentative susceptible d'être utilisée par le module substitué. Dans le cas présent, des données provenant de zones hydro-climatologiques différentes ont été utilisées. Ces données sont utilisées comme entrées du module original extrait de l'ensemble du modèle HYDROTEL. Les résultats de simulation sont classés avant d'être utilisés en partie pour l'optimisation et le test des réseaux de neurones. Les réseaux mis en oeuvre sont testés sur une autre partie des données et dans un cadre opérationnel où les réseaux de neurones sont réintégrés dans le modèle. Les résultats des différents tests montrent tout d'abord que la substitution donne des résultats satisfaisants sur l'ensemble des données qui n'ont servi ni à l'optimisation, ni aux tests des réseaux de neurones. En plus, on enregistre un léger gain de temps. Les résultats sur les teneurs en eau sont nettement meilleurs. Cela s'explique par le fait que celles-ci connaissent de faibles variations dans le temps. Les variations plus importantes des débits des différentes couches rendent plus difficile leur modélisation mais les résultats obtenus rendent la substitution envisageable aussi bien dans le présent cas que dans des modules plus complexes.

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

Cette étude a permis le développement d'une unité d'électrocoagulation, imbriquée à un système de traitement BIONEST®, qui puisse réduire les charges en phosphore des effluents provenant de résidences isolées. Cette unité, testée en laboratoire, possédait une cellule d'électrocoagulation de 2,45L munie d'électrodes bipolaires faites d'aluminium. La performance épuratrice du procédé a fait l'objet d'une optimisation par la création d'un plan factoriel d'expériences 24 '1 avec des eaux synthétiques. Quatre variables ont été analysées: la densité de courant, le temps de rétention hydraulique, la dimension des électrodes et l'espacement entre les électrodes. Par analyse statistique, un modèle de régression a été déduit permettant la prédiction de l'enlèvement du phosphore. Ce modèle exclut la quatrième variable qui s'avère non-significative. Des essais de validation du modèle ont été effectués avec des eaux usées réelles. L'efficacité épuratrice obtenue a été de 98%. D'autres polluants ont aussi été enlevés dont la DCO, les coliformes fécaux et une portion de l'azote total.

Conductivité hydraulique non saturée est un paramètre important pour caractériser le comportement des sols non saturés. Ce paramètre peut être utilisé pour modéliser l'écoulement de l'eau dans les sols. Le défaut de mesure ou d'estimation de ce paramètre avec une précision fiable peut causer des incidents catastrophiques. La mesure de la conductivité hydraulique des sols non saturés peut être longue et coûteuse. Des méthodes directes et indirectes peuvent être utilisées pour établir ce paramètre. Dans cette étude, en vue de réduire le temps et le coût de la mesure de la conductivité hydraulique des sols non saturés nécessaires par les méthodes directes, la modélisation inverse a été utilisée comme une méthode indirecte pour estimer ce paramètre. Des essais de laboratoire ont été effectués pour trouver la courbe de rétention d'eau des différents échantillons de sol étudié. Les résultats expérimentaux obtenus ont été utilisés pour effectuer la modélisation inverse, et la conductivité hydraulique non saturée de chaque échantillon a été estimé. / Unsaturated hydraulic conductivity is an important parameter to characterize unsaturated soils behaviour. This parameter can be used to model flow of water in soils. Failure in measuring or estimating this parameter with a reliable precision can cause catastrophic incidents. Measuring unsaturated hydraulic conductivity can be expensive and time consuming. Direct and indirect methods can be used to determine this parameter. In this study, in order to decrease the time and the expense of measuring unsaturated hydraulic conductivity by direct methods, inverse modelling was used as an indirect method to estimate this parameter. Some laboratory tests were performed to find water retention curve of different samples of the studied soil. Obtained experimental results were used to perform inverse modelling, and unsaturated hydraulic conductivity of each sample was estimated.