L’assainissement autonome (non raccordés à un système d’égout) est largement répandu dans les pays à faible revenu. Selon les estimations, 2.7 milliards de personnes seraient desservies principalement par des technologies d'assainissement individuelles, dont près de la moitié seraient situées en zones urbaines des pays en voie de développement (WWAP 2017). Or, l’ampleur de la couverture des installations sanitaires autonomes commence à poser de nombreux problèmes et défis techniques aux municipalités des régions concernées. En effet, l’augmentation croissante des fosses devant être vidangées, couplé aux manques d’organisation et de ressources, et à l’absence de connaissances précises sur les caractéristiques et les quantités de boues fécales générées, ne permettent pas actuellement d’assurer une vidange sécuritaire et de planifier la gestion efficace des boues fécales dans ces endroits. On estime ainsi que 74 % des fosses des installations sanitaires autonomes seront vidangées de façon non sécuritaire par année, c’est-à-dire que les boues fécales retirées seront déversées dans les cours d’eau ou terrains environnants sans traitement. Ainsi, dans la perspective d’organiser la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en voie de développement, il conviendrait d’améliorer les connaissances sur les taux de remplissage des latrines à fosse, ainsi que sur les données de caractérisation des boues fécales. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en développement. Pour ce faire, une série d’expérimentations a été réalisée, s’attardant à des problématiques précises de caractérisation ou de quantification des boues fécales. De façon plus précise, la première étude (CHAPITRE 4) visait la modélisation du taux d’accumulation des boues fécales en utilisant une régression linéaire multiple. Les résultats obtenus revoient un modèle impliquant les valeurs du volume des fosses et de l’âge des latrines comme principale variables indépendantes. La valeur du coefficient de détermination (r2) qui a été obtenue est de r2 = 0.41. Ceci qui est légèrement supérieure à la valeur obtenue à l’aide du modèle de bilan de masse développé par Brouckaert et al. (2013), pour lequel seulement 50% des latrines étaient à moins de 40% d’erreurs. Par la suite, des travaux visant la caractérisation de l’effet inhibitif de l’azote ammoniacal sur la digestion anaérobie des boues fécales au sein des fosses ont été réalisés (CHAPITRE 5). L’objectif était de valider l’hypothèse selon laquelle les fortes concentrations en azote au sein des fosses (causées par la présence d’urine) influenceraient les mécanismes de biodégradation, et conséquemment les taux d’accumulation. La méthodologie développée à d’abords été testée et validée avec des boues de digesteur anaérobie (provenant d’un réacteur complètement mélangé). Par ailleurs, le protocole développé n’a pas mené à des résultats concluants en utilisant des boues fécales. Effectivement, bien que plusieurs tests d’activité méthanogène spécifique (specific methanogenic activity - SMA) aient été réalisées (en changeant le ratio inoculum (boues)/substrat (acétate), et la durée), aucun des tests exécutés n’a démontré une production de méthane. À la lumière des résultats précédents (CHAPITRE 5), des travaux supplémentaires ont été réalisés visant à caractériser l’activité microbienne des boues fécales et de la matière fécale fraîche en termes des populations spécifiques à la digestion anaérobie (e.g. bactéries hydrolytiques et fermentatives, et méthanogènes méthylotrophes, acétoclastiques ou hydrogénotrophes) (CHAPITRE 6). Pour ce faire, la méthodologie utilisée consistait à mesurer la production de gaz (comme indicateur de l’activité microbienne) des échantillons de boues mélangés avec différents substrats spécifiques (e.i. acétate, méthanol, formate, glucose). Les résultats issus de cette étude ont démontré que l’utilisation des substrats de formate et de glucose présente l’activité microbienne la plus élevée lorsque mélangés avec une solution de matière fécale fraîche (soit de 112.17 et de 76.41 ml gaz/ g SV, pour le formate et le glucose, respectivement). ... / L’assainissement autonome (non raccordés à un système d’égout) est largement répandu dans les pays à faible revenu. Selon les estimations, 2.7 milliards de personnes seraient desservies principalement par des technologies d'assainissement individuelles, dont près de la moitié seraient situées en zones urbaines des pays en voie de développement (WWAP 2017). Or, l’ampleur de la couverture des installations sanitaires autonomes commence à poser de nombreux problèmes et défis techniques aux municipalités des régions concernées. En effet, l’augmentation croissante des fosses devant être vidangées, couplé aux manques d’organisation et de ressources, et à l’absence de connaissances précises sur les caractéristiques et les quantités de boues fécales générées, ne permettent pas actuellement d’assurer une vidange sécuritaire et de planifier la gestion efficace des boues fécales dans ces endroits. On estime ainsi que 74 % des fosses des installations sanitaires autonomes seront vidangées de façon non sécuritaire par année, c’est-à-dire que les boues fécales retirées seront déversées dans les cours d’eau ou terrains environnants sans traitement. Ainsi, dans la perspective d’organiser la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en voie de développement, il conviendrait d’améliorer les connaissances sur les taux de remplissage des latrines à fosse, ainsi que sur les données de caractérisation des boues fécales. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en développement. Pour ce faire, une série d’expérimentations a été réalisée, s’attardant à des problématiques précises de caractérisation ou de quantification des boues fécales. De façon plus précise, la première étude (CHAPITRE 4) visait la modélisation du taux d’accumulation des boues fécales en utilisant une régression linéaire multiple. Les résultats obtenus revoient un modèle impliquant les valeurs du volume des fosses et de l’âge des latrines comme principale variables indépendantes. La valeur du coefficient de détermination (r2) qui a été obtenue est de r2 = 0.41. Ceci qui est légèrement supérieure à la valeur obtenue à l’aide du modèle de bilan de masse développé par Brouckaert et al. (2013), pour lequel seulement 50% des latrines étaient à moins de 40% d’erreurs. Par la suite, des travaux visant la caractérisation de l’effet inhibitif de l’azote ammoniacal sur la digestion anaérobie des boues fécales au sein des fosses ont été réalisés (CHAPITRE 5). L’objectif était de valider l’hypothèse selon laquelle les fortes concentrations en azote au sein des fosses (causées par la présence d’urine) influenceraient les mécanismes de biodégradation, et conséquemment les taux d’accumulation. La méthodologie développée à d’abords été testée et validée avec des boues de digesteur anaérobie (provenant d’un réacteur complètement mélangé). Par ailleurs, le protocole développé n’a pas mené à des résultats concluants en utilisant des boues fécales. Effectivement, bien que plusieurs tests d’activité méthanogène spécifique (specific methanogenic activity - SMA) aient été réalisées (en changeant le ratio inoculum (boues)/substrat (acétate), et la durée), aucun des tests exécutés n’a démontré une production de méthane. À la lumière des résultats précédents (CHAPITRE 5), des travaux supplémentaires ont été réalisés visant à caractériser l’activité microbienne des boues fécales et de la matière fécale fraîche en termes des populations spécifiques à la digestion anaérobie (e.g. bactéries hydrolytiques et fermentatives, et méthanogènes méthylotrophes, acétoclastiques ou hydrogénotrophes) (CHAPITRE 6). Pour ce faire, la méthodologie utilisée consistait à mesurer la production de gaz (comme indicateur de l’activité microbienne) des échantillons de boues mélangés avec différents substrats spécifiques (e.i. acétate, méthanol, formate, glucose). Les résultats issus de cette étude ont démontré que l’utilisation des substrats de formate et de glucose présente l’activité microbienne la plus élevée lorsque mélangés avec une solution de matière fécale fraîche (soit de 112.17 et de 76.41 ml gaz/ g SV, pour le formate et le glucose, respectivement). Alors que l’utilisation des substrats de glucose et de méthanol ont résulté à l’activité la plus élevée avec des solutions de boues fécales plus âgées (soit de 129.15 et de 85.42 ml gaz/ g SV, pour le méthanol et le glucose, respectivement). Par ailleurs, une absence de l’activité méthanogène a été observé en utilisant de l’acétate comme substrat pour les deux types de boues. Ces résultats concordent avec la littérature, où des tests de séquençages d’ADN n’ont pas mené à l’identification des archaea méthanogènes acétoclasitques au sein d’échantillons de boues fécales issues de latrines à fosses (Byrne 2016, Torondel 2017). Les résultats issus de cette étude remettent donc en perspective la présence d’une digestion anaérobie acétoclastique au sein des fosses, hypothèse qui est largement présumée dans de nombreux guides de conception des latrines à fosses conventionnelles. Finalement la dernière étude constituait une étude préliminaire sur la caractérisation des propriétés de séchage de la matière fécale fraîche (CHAPITRE 7). Plus particulièrement par la détermination et par la modélisation des isothermes de sorption. Cette étude s’inscrit dans le cadre actuel où les techniques de séchage pour le transport efficient des boues gagnent en popularité, alors qu’un manque de données sur les propriétés des boues persiste. Ainsi, les résultats obtenus démontrent que les isothermes de sorption tendent à suivre une forme sigmoïde, laquelle est caractérisée par deux points d’inflexion de surface et une augmentation rapide de la teneur en eau à des valeurs d'humidité relative supérieures à 75 % HR. / L’assainissement autonome (non raccordés à un système d’égout) est largement répandu dans les pays à faible revenu. Selon les estimations, 2.7 milliards de personnes seraient desservies principalement par des technologies d'assainissement individuelles, dont près de la moitié seraient situées en zones urbaines des pays en voie de développement (WWAP 2017). Or, l’ampleur de la couverture des installations sanitaires autonomes commence à poser de nombreux problèmes et défis techniques aux municipalités des régions concernées. En effet, l’augmentation croissante des fosses devant être vidangées, couplé aux manques d’organisation et de ressources, et à l’absence de connaissances précises sur les caractéristiques et les quantités de boues fécales générées, ne permettent pas actuellement d’assurer une vidange sécuritaire et de planifier la gestion efficace des boues fécales dans ces endroits. On estime ainsi que 74 % des fosses des installations sanitaires autonomes seront vidangées de façon non sécuritaire par année, c’est-à-dire que les boues fécales retirées seront déversées dans les cours d’eau ou terrains environnants sans traitement. Ainsi, dans la perspective d’organiser la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en voie de développement, il conviendrait d’améliorer les connaissances sur les taux de remplissage des latrines à fosse, ainsi que sur les données de caractérisation des boues fécales. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en développement. Pour ce faire, une série d’expérimentations a été réalisée, s’attardant à des problématiques précises de caractérisation ou de quantification des boues fécales. De façon plus précise, la première étude (CHAPITRE 4) visait la modélisation du taux d’accumulation des boues fécales en utilisant une régression linéaire multiple. Les résultats obtenus revoient un modèle impliquant les valeurs du volume des fosses et de l’âge des latrines comme principale variables indépendantes. La valeur du coefficient de détermination (r2) qui a été obtenue est de r2 = 0.41. Ceci qui est légèrement supérieure à la valeur obtenue à l’aide du modèle de bilan de masse développé par Brouckaert et al. (2013), pour lequel seulement 50% des latrines étaient à moins de 40% d’erreurs. Par la suite, des travaux visant la caractérisation de l’effet inhibitif de l’azote ammoniacal sur la digestion anaérobie des boues fécales au sein des fosses ont été réalisés (CHAPITRE 5). L’objectif était de valider l’hypothèse selon laquelle les fortes concentrations en azote au sein des fosses (causées par la présence d’urine) influenceraient les mécanismes de biodégradation, et conséquemment les taux d’accumulation. La méthodologie développée à d’abords été testée et validée avec des boues de digesteur anaérobie (provenant d’un réacteur complètement mélangé). Par ailleurs, le protocole développé n’a pas mené à des résultats concluants en utilisant des boues fécales. Effectivement, bien que plusieurs tests d’activité méthanogène spécifique (specific methanogenic activity - SMA) aient été réalisées (en changeant le ratio inoculum (boues)/substrat (acétate), et la durée), aucun des tests exécutés n’a démontré une production de méthane. À la lumière des résultats précédents (CHAPITRE 5), des travaux supplémentaires ont été réalisés visant à caractériser l’activité microbienne des boues fécales et de la matière fécale fraîche en termes des populations spécifiques à la digestion anaérobie (e.g. bactéries hydrolytiques et fermentatives, et méthanogènes méthylotrophes, acétoclastiques ou hydrogénotrophes) (CHAPITRE 6). Pour ce faire, la méthodologie utilisée consistait à mesurer la production de gaz (comme indicateur de l’activité microbienne) des échantillons de boues mélangés avec différents substrats spécifiques (e.i. acétate, méthanol, formate, glucose). Les résultats issus de cette étude ont démontré que l’utilisation des substrats de formate et de glucose présente l’activité microbienne la plus élevée lorsque mélangés avec une solution de matière fécale fraîche (soit de 112.17 et de 76.41 ml gaz/ g SV, pour le formate et le glucose, respectivement). Alors que l’utilisation des substrats de glucose et de méthanol ont résulté à l’activité la plus élevée avec des solutions de boues fécales plus âgées (soit de 129.15 et de 85.42 ml gaz/ g SV, pour le méthanol et le glucose, respectivement). Par ailleurs, une absence de l’activité méthanogène a été observé en utilisant de l’acétate comme substrat pour les deux types de boues. Ces résultats concordent avec la littérature, où des tests de séquençages d’ADN n’ont pas mené à l’identification des archaea méthanogènes acétoclasitques au sein d’échantillons de boues fécales issues de latrines à fosses (Byrne 2016, Torondel 2017). Les résultats issus de cette étude remettent donc en perspective la présence d’une digestion anaérobie acétoclastique au sein des fosses, hypothèse qui est largement présumée dans de nombreux guides de conception des latrines à fosses conventionnelles. Finalement la dernière étude constituait une étude préliminaire sur la caractérisation des propriétés de séchage de la matière fécale fraîche (CHAPITRE 7). Plus particulièrement par la détermination et par la modélisation des isothermes de sorption. Cette étude s’inscrit dans le cadre actuel où les techniques de séchage pour le transport efficient des boues gagnent en popularité, alors qu’un manque de données sur les propriétés des boues persiste. Ainsi, les résultats obtenus démontrent que les isothermes de sorption tendent à suivre une forme sigmoïde, laquelle est caractérisée par deux points d’inflexion de surface et une augmentation rapide de la teneur en eau à des valeurs d'humidité relative supérieures à 75 % HR. D’une première part, ceci signifie que la teneur en eau de la matière fécale semblerait être plus facile à extraire jusqu'à une valeur d’environ 1 à 1.5g H2O/g d’échantillon - base humide. D’autre part, le modèle de Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) sembleraient être le plus approprié pour décrire les courbes d’isothermes, avec une estimation acceptable (Pr (> / 347661\u L’assainissement autonome (non raccordés à un système d’égout) est largement répandu dans les pays à faible revenu. Selon les estimations, 2.7 milliards de personnes seraient desservies principalement par des technologies d'assainissement individuelles, dont près de la moitié seraient situées en zones urbaines des pays en voie de développement (WWAP 2017). Or, l’ampleur de la couverture des installations sanitaires autonomes commence à poser de nombreux problèmes et défis techniques aux municipalités des régions concernées. En effet, l’augmentation croissante des fosses devant être vidangées, couplé aux manques d’organisation et de ressources, et à l’absence de connaissances précises sur les caractéristiques et les quantités de boues fécales générées, ne permettent pas actuellement d’assurer une vidange sécuritaire et de planifier la gestion efficace des boues fécales dans ces endroits. On estime ainsi que 74 % des fosses des installations sanitaires autonomes seront vidangées de façon non sécuritaire par année, c’est-à-dire que les boues fécales retirées seront déversées dans les cours d’eau ou terrains environnants sans traitement. Ainsi, dans la perspective d’organiser la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en voie de développement, il conviendrait d’améliorer les connaissances sur les taux de remplissage des latrines à fosse, ainsi que sur les données de caractérisation des boues fécales. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en développement. Pour ce faire, une série d’expérimentations a été réalisée, s’attardant à des problématiques précises de caractérisation ou de quantification des boues fécales. De façon plus précise, la première étude (CHAPITRE 4) visait la modélisation du taux d’accumulation des boues fécales en utilisant une régression linéaire multiple. Les résultats obtenus revoient un modèle impliquant les valeurs du volume des fosses et de l’âge des latrines comme principale variables indépendantes. La valeur du coefficient de détermination (r2) qui a été obtenue est de r2 = 0.41. Ceci qui est légèrement supérieure à la valeur obtenue à l’aide du modèle de bilan de masse développé par Brouckaert et al. (2013), pour lequel seulement 50% des latrines étaient à moins de 40% d’erreurs. Par la suite, des travaux visant la caractérisation de l’effet inhibitif de l’azote ammoniacal sur la digestion anaérobie des boues fécales au sein des fosses ont été réalisés (CHAPITRE 5). L’objectif était de valider l’hypothèse selon laquelle les fortes concentrations en azote au sein des fosses (causées par la présence d’urine) influenceraient les mécanismes de biodégradation, et conséquemment les taux d’accumulation. La méthodologie développée à d’abords été testée et validée avec des boues de digesteur anaérobie (provenant d’un réacteur complètement mélangé). Par ailleurs, le protocole développé n’a pas mené à des résultats concluants en utilisant des boues fécales. Effectivement, bien que plusieurs tests d’activité méthanogène spécifique (specific methanogenic activity - SMA) aient été réalisées (en changeant le ratio inoculum (boues)/substrat (acétate), et la durée), aucun des tests exécutés n’a démontré une production de méthane. À la lumière des résultats précédents (CHAPITRE 5), des travaux supplémentaires ont été réalisés visant à caractériser l’activité microbienne des boues fécales et de la matière fécale fraîche en termes des populations spécifiques à la digestion anaérobie (e.g. bactéries hydrolytiques et fermentatives, et méthanogènes méthylotrophes, acétoclastiques ou hydrogénotrophes) (CHAPITRE 6). Pour ce faire, la méthodologie utilisée consistait à mesurer la production de gaz (comme indicateur de l’activité microbienne) des échantillons de boues mélangés avec différents substrats spécifiques (e.i. acétate, méthanol, formate, glucose). Les résultats issus de cette étude ont démontré que l’utilisation des substrats de formate et de glucose présente l’activité microbienne la plus élevée lorsque mélangés avec une solution de matière fécale fraîche (soit de 112.17 et de 76.41 ml gaz/ g SV, pour le formate et le glucose, respectivement). Alors que l’utilisation des substrats de glucose et de méthanol ont résulté à l’activité la plus élevée avec des solutions de boues fécales plus âgées (soit de 129.15 et de 85.42 ml gaz/ g SV, pour le méthanol et le glucose, respectivement). Par ailleurs, une absence de l’activité méthanogène a été observé en utilisant de l’acétate comme substrat pour les deux types de boues. Ces résultats concordent avec la littérature, où des tests de séquençages d’ADN n’ont pas mené à l’identification des archaea méthanogènes acétoclasitques au sein d’échantillons de boues fécales issues de latrines à fosses (Byrne 2016, Torondel 2017). Les résultats issus de cette étude remettent donc en perspective la présence d’une digestion anaérobie acétoclastique au sein des fosses, hypothèse qui est largement présumée dans de nombreux guides de conception des latrines à fosses conventionnelles. Finalement la dernière étude constituait une étude préliminaire sur la caractérisation des propriétés de séchage de la matière fécale fraîche (CHAPITRE 7). / 347661\u L’assainissement autonome (non raccordés à un système d’égout) est largement répandu dans les pays à faible revenu. Selon les estimations, 2.7 milliards de personnes seraient desservies principalement par des technologies d'assainissement individuelles, dont près de la moitié seraient situées en zones urbaines des pays en voie de développement (WWAP 2017). Or, l’ampleur de la couverture des installations sanitaires autonomes commence à poser de nombreux problèmes et défis techniques aux municipalités des régions concernées. En effet, l’augmentation croissante des fosses devant être vidangées, couplé aux manques d’organisation et de ressources, et à l’absence de connaissances précises sur les caractéristiques et les quantités de boues fécales générées, ne permettent pas actuellement d’assurer une vidange sécuritaire et de planifier la gestion efficace des boues fécales dans ces endroits. On estime ainsi que 74 % des fosses des installations sanitaires autonomes seront vidangées de façon non sécuritaire par année, c’est-à-dire que les boues fécales retirées seront déversées dans les cours d’eau ou terrains environnants sans traitement. Ainsi, dans la perspective d’organiser la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en voie de développement, il conviendrait d’améliorer les connaissances sur les taux de remplissage des latrines à fosse, ainsi que sur les données de caractérisation des boues fécales. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer la gestion des boues fécales dans le contexte des pays en développement. Pour ce faire, une série d’expérimentations a été réalisée, s’attardant à des problématiques précises de caractérisation ou de quantification des boues fécales. De façon plus précise, la première étude (CHAPITRE 4) visait la modélisation du taux d’accumulation des boues fécales en utilisant une régression linéaire multiple. Les résultats obtenus revoient un modèle impliquant les valeurs du volume des fosses et de l’âge des latrines comme principale variables indépendantes. La valeur du coefficient de détermination (r2) qui a été obtenue est de r2 = 0.41. Ceci qui est légèrement supérieure à la valeur obtenue à l’aide du modèle de bilan de masse développé par Brouckaert et al. (2013), pour lequel seulement 50% des latrines étaient à moins de 40% d’erreurs. Par la suite, des travaux visant la caractérisation de l’effet inhibitif de l’azote ammoniacal sur la digestion anaérobie des boues fécales au sein des fosses ont été réalisés (CHAPITRE 5). L’objectif était de valider l’hypothèse selon laquelle les fortes concentrations en azote au sein des fosses (causées par la présence d’urine) influenceraient les mécanismes de biodégradation, et conséquemment les taux d’accumulation. La méthodologie développée à d’abords été testée et validée avec des boues de digesteur anaérobie (provenant d’un réacteur complètement mélangé). Par ailleurs, le protocole développé n’a pas mené à des résultats concluants en utilisant des boues fécales. Effectivement, bien que plusieurs tests d’activité méthanogène spécifique (specific methanogenic activity - SMA) aient été réalisées (en changeant le ratio inoculum (boues)/substrat (acétate), et la durée), aucun des tests exécutés n’a démontré une production de méthane. À la lumière des résultats précédents (CHAPITRE 5), des travaux supplémentaires ont été réalisés visant à caractériser l’activité microbienne des boues fécales et de la matière fécale fraîche en termes des populations spécifiques à la digestion anaérobie (e.g. bactéries hydrolytiques et fermentatives, et méthanogènes méthylotrophes, acétoclastiques ou hydrogénotrophes) (CHAPITRE 6). Pour ce faire, la méthodologie utilisée consistait à mesurer la production de gaz (comme indicateur de l’activité microbienne) des échantillons de boues mélangés avec différents substrats spécifiques (e.i. acétate, méthanol, formate, glucose). Les résultats issus de cette étude ont démontré que l’utilisation des substrats de formate et de glucose présente l’activité microbienne la plus élevée lorsque mélangés avec une solution de matière fécale fraîche (soit de 112.17 et de 76.41 ml gaz/ g SV, pour le formate et le glucose, respectivement). Alors que l’utilisation des substrats de glucose et de méthanol ont résulté à l’activité la plus élevée avec des solutions de boues fécales plus âgées (soit de 129.15 et de 85.42 ml gaz/ g SV, pour le méthanol et le glucose, respectivement). Par ailleurs, une absence de l’activité méthanogène a été observé en utilisant de l’acétate comme substrat pour les deux types de boues. Ces résultats concordent avec la littérature, où des tests de séquençages d’ADN n’ont pas mené à l’identification des archaea méthanogènes acétoclasitques au sein d’échantillons de boues fécales issues de latrines à fosses (Byrne 2016, Torondel 2017). Les résultats issus de cette étude remettent donc en perspective la présence d’une digestion anaérobie acétoclastique au sein des fosses, hypothèse qui est largement présumée dans de nombreux guides de conception des latrines à fosses conventionnelles. Finalement la dernière étude constituait une étude préliminaire sur la caractérisation des propriétés de séchage de la matière fécale fraîche (CHAPITRE 7). Plus particulièrement par la détermination et par la modélisation des isothermes de sorption. Cette étude s’inscrit dans le cadre actuel où les techniques de séchage pour le transport efficient des boues gagnent en popularité, alors qu’un manque de données sur les propriétés des boues persiste. Ainsi, les résultats obtenus démontrent que les isothermes de sorption tendent à suivre une forme sigmoïde, laquelle est caractérisée par deux points d’inflexion de surface et une augmentation rapide de la teneur en eau à des valeurs d'humidité relative supérieures à 75 % HR. D’une première part, ceci signifie que la teneur en eau de la matière fécale semblerait être plus facile à extraire jusqu'à une valeur d’environ 1 à 1.5g H2O/g d’échantillon - base humide. D’autre part, le modèle de Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) sembleraient être le plus approprié pour décrire les courbes d’isothermes, avec une estimation acceptable (Pr (>

La corrosion des aciers d’armatures résultant de la pénétration des ions chlorure est un problème important qui réduit de manière significative la durée de vie des structures en béton armé exposées à un environnement maritime ou à des sels de déglaçage. Ce mémoire présente une étude de l’initiation de la corrosion sur des éprouvettes de mortier armé ainsi qu’une étude du comportement de barres d’armature corrodées. L’objectif général des travaux de maîtrise était d’étudier l’influence réelle de la minéralogie du ciment sur les mécanismes d’initiation de la corrosion des armatures. En plus de contribuer à l’élaboration d’un outil de prédiction de la durée de vie des ouvrages en béton armé exposés à la pénétration des ions chlorure, ce projet a permis de générer des informations permettant aux ingénieurs de la pratique et aux gestionnaires d’ouvrages d’optimiser la formulation des bétons et d’améliorer la durabilité des structures. Le projet était séparé en deux parties. La première partie portait sur l’identification d’une concentration seuil en ions chlorure requise pour initier la corrosion. Les éprouvettes de mortier ont été soumises à des conditions d’expositions contrôlées (cycles de mouillage-séchage). L’évolution de la corrosion a été suivie par des méthodes électrochimiques non-destructives. Les différents facteurs à l’étude ont été le rapport eau sur ciment (e/c), la minéralogie du ciment et le type de préparation des barres d’armature. Les résultats de l’étude de la pénétration des ions chlorure dans les matériaux cimentaires et de sa conséquence sur l’initiation de la corrosion sont présentés. La deuxième partie du projet était d’étudier l’effet de la corrosion sur les propriétés mécaniques des armatures. Les résultats de la mise en traction de barres ayant des degrés de corrosion spécifiques sont également présentés. Selon les résultats obtenus, une diminution du rapport e/c et une augmentation de la teneur en C3A ont été deux facteurs favorisant un temps d’initiation de la corrosion plus élevé. De plus, les barres préparées au jet de sable ont offert une meilleure résistance à la corrosion que les barres brossées. En outre, le temps de fissuration des éprouvettes semblaient être indépendant du rapport e/c et de la minéralogie (teneur en C3A). La concentration critique en ions chlorure totaux requise pour initier la corrosion, trouvée au cours de l’étude, a été d’environ 0,3 % en masse de mortier sec ou 1,2 % en masse de ciment. Cette concentration seuil a pu être évaluée avec précision à l’aide d’éprouvettes avec et sans barres. De plus, la concentration critique a semblé indépendante de la teneur en C3A, du type de préparation de barres (brossé ou préparé au jet de sable) et du rapport e/c. / Chloride-induced corrosion of steel reinforcement is an important issue that greatly decreases the service life of all concrete structures exposed to marine environments or de-icing salts. This study analysed the phenomenon of corrosion initiation on reinforced mortar specimens and the behavior of several corroded reinforcing bars. The main objective of the study was to observe the actual influence of cement mineralogy on the various mechanisms of corrosion initiation on steel reinforcement. Contributing to the elaboration of a tool that will be able to predict the service life of a reinforced concrete structures exposed to chlorides, this research also allowed to put forward new information for the civil engineering community, helping engineers and owners optimizing concrete formulations, and improving the durability of concrete constructions. The project was divided in two parts. The first one is aimed at isolating a threshold concentration of chloride-ions that would initiate corrosion. The mortar specimens were exposed to chloride-ions in a controlled environment, by chloride ponding, and the evolution of corrosion was observed with non-destructive electrochemical measurements. Different factors were taken into consideration during these tests: the water/cement ratio, the cement mineralogy, and the various type of reinforcing bars preparation. Going trough this paper, you will learn about the consequences that come from the variation of these factors on the corrosion initiation. The second part of the project studied the effects of corrosion on the mechanical properties of steel reinforcement. The data that resulted from the traction tests, on the bars, at different corrosion levels, are also presented in this document. According to the results of the study, reducing the water/cement ratio and increasing the C3A content led to a longer corrosion initiation time. As for the cracking time of the different mortar specimens, it appeared to be independent from these two factors. Moreover, sandblasted bars were found to be a lot more resistant to corrosion than the brushed bars. In the end, the critical concentration of chloride-ions was found to be around 0.3% by weight of dry mortar or 1.2% by weight of cement. This threshold value was precisely evaluated studying different specimens with and without bars. Furthermore, this threshold value seems independent of the concentration of C3A, the type of bar preparation or the water/cement ratio.

Dans la littérature, plusieurs auteurs ont défini des modèles permettant d’estimer la conductivité hydraulique des sols saturés. Un bon nombre de ces modèles sont basés sur le diamètre passé par 10% des particules (d₁₀) qui avec des paramètres caractérisant les pores du milieu poreux définit de manière indirecte le diamètre des pores effectifs du sol. D’autres modèles comme celui du modèle statistique de Marshall, de Kunze, de Millington et Quirk sont basés plus directement sur le diamètre des pores du milieu poreux. Tous les diamètres des pores présents dans le sol sont considérés dans le calcul. Ces modèles sont donc très proches de la réalité du comportement de l’écoulement de l’eau dans un sol. La présente étude portera donc sur l’estimation de la conductivité hydraulique à partir de la porométrie d’un sable granitique saturé de différentes granulométries provenant de la carrière PEB situé au Lac-Saint-Charles à Québec. La porométrie des sols à l’étude sera établie avec la courbe de rétention d’eau obtenue expérimentalement. Un montage sous translation d’axe constitué d’une cellule de type "Tempe-Cell" et d’un réservoir servant de collecteur sera utilisé. La conductivité hydraulique de sols saturés sera déterminée à partir des modèles statistiques de Marshall, de Kunze, de Millington et Quirk ainsi qu’avec le modèle suggéré par Garcia-Bengochea. Le modèle empirique de Hazen, le modèle semi-empirique de Kozeny-Carman et le modèle semi-empirique de Kozeny-Carman modifiée seront utilisés afin de comparer les résultats obtenus avec les résultats des modèles statistiques. Les résultats de cette étude montrent que la conductivité hydraulique estimée à partir du modèle statistique de Marshall et du modèle suggéré par Garcia-Bengochea représente bien la conductivité hydraulique obtenue expérimentalement des sables granitiques. Une équation pour corriger la conductivité hydraulique estimée pour les sables granitiques à partir du modèle Garcia-Bengochea est aussi suggérée. Basé sur les modèles d’estimation, le modèle Kozeny-Carman modifié basé sur le diamètre passé par 10% des particules estime le mieux la conductivité hydraulique des sols saturés à l’étude.

Les enjeux hydrologiques modernes, de prévisions ou liés aux changements climatiques, forcent l’exploration de nouvelles approches en modélisation afin de combler les lacunes actuelles et d’améliorer l’évaluation des incertitudes. L’approche abordée dans ce mémoire est celle du multimodèle (MM). L’innovation se trouve dans la construction du multimodèle présenté dans cette étude : plutôt que de caler individuellement des modèles et d’utiliser leur combinaison, un calage collectif est réalisé sur la moyenne des 12 modèles globaux conceptuels sélectionnés. Un des défis soulevés par cette approche novatrice est le grand nombre de paramètres (82) qui complexifie le calage et l’utilisation, en plus d’entraîner des problèmes potentiels d’équifinalité. La solution proposée dans ce mémoire est une analyse de sensibilité qui permettra de fixer les paramètres peu influents et d’ainsi réduire le nombre de paramètres total à caler. Une procédure d’optimisation avec calage et validation permet ensuite d’évaluer les performances du multimodèle et de sa version réduite en plus d’en améliorer la compréhension. L’analyse de sensibilité est réalisée avec la méthode de Morris, qui permet de présenter une version du MM à 51 paramètres (MM51) tout aussi performante que le MM original à 82 paramètres et présentant une diminution des problèmes potentiels d’équifinalité. Les résultats du calage et de la validation avec le « Split-Sample Test » (SST) du MM sont comparés avec les 12 modèles calés individuellement. Il ressort de cette analyse que les modèles individuels, composant le MM, présentent de moins bonnes performances que ceux calés indépendamment. Cette baisse de performances individuelles, nécessaire pour obtenir de bonnes performances globales du MM, s’accompagne d’une hausse de la diversité des sorties des modèles du MM. Cette dernière est particulièrement requise pour les applications hydrologiques nécessitant une évaluation des incertitudes. Tous ces résultats mènent à une amélioration de la compréhension du multimodèle et à son optimisation, ce qui facilite non seulement son calage, mais également son utilisation potentielle en contexte opérationnel. / Contemporary hydrological challenges, such as forecasting and climate change impact evaluations, are forcing the exploration of new modeling approaches to address current gaps and improve the assessment of uncertainties. The approach discussed in this Master’s thesis is referred as multimodel (MM). The main innovation in this study lies in this multimodel construction: rather than individually calibrating the models and use their deterministic combination, a collective calibration is performed on the average of the 12 lumped conceptual models. One of the challenges of this innovative approach is the large number of parameters (82) complicating the computational cost and ease of use, in addition to potential equifinality problems. The first part of the solution proposed is based on a sensitivity analysis to determine the least significant parameters and thereby reduce the total number of parameters to be calibrated. The second part is based on an optimisation with calibration and validation to evaluate the performance of MM and its reduced version. Both lead to improve MM understanding. Sensitivity analysis is performed with the Morris method, which reveal a version of the MM with 51 parameters (MM51) just as efficient as the original MM with 82 parameters and with decreased potential equifinality problems. Results of the calibration and validation with the "Split-Sample Test" (SST) of MM are compared with the 12 models calibrated individually. It emerges from this analysis that the MM individual models have reduced performances compared to the ones when calibrated separately. This decrease in individual performances, essential for an good overall MM performance, comes with an increase in diversity for the MM outputs. The latter is an important component of hydrological applications with uncertainty evaluation. These results lead to a better understanding of the multimodel and its optimisation, which facilitate not only the calibration, but also its potential use in an operational context.

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.

Dans une chaîne de traitement des eaux usées, les unités de dessablage permettent d’éliminer les particules nuisibles aux procédés localisés en aval. Malgré leur importance, les unités de dessablage ont peu été étudiées. Les méthodes de caractérisation des particules de l’affluent et l’effluent de l’unité de dessablage sont non-standardisées, rendant difficile l’évaluation des performances de celles-ci. L’objectif de ce mémoire est donc de développer un protocole de caractérisation de la décantabilité des particules d’un affluent et d’un effluent d’unités de dessablage et d’établir un protocole d’évaluation de la performance d’un dessableur. Afin de développer un protocole de caractérisation de la décantabilité, les principaux paramètres étudiés en laboratoire sont la taille, la vitesse de chute et la densité des particules. Cinq protocoles de caractérisation de la taille des particules ont été comparés. La caractérisation de la vitesse de chute a été réalisée à l’aide du protocole ViCAs et du système d’élutriation. Le protocole de caractérisation des particules de « grit » retenues consiste à laver les particules humides, les sécher à 105°C et les tamiser. Ce protocole est répétable et représentatif. Il a été observé que les particules sont composées généralement d’un mélange hétérogène de matière inorganique et organique de différentes dimensions. Toutefois, lors des évènements pluvieux, les distributions granulométriques sont plus fines et inorganiques comparativement au temps sec. On note aussi que la densité est plus grande pour les fractions plus petites que 600 microns (ρ=2,50) comparativement aux fractions plus grossières (ρ=1,40). Seul le système d’élutriation a permis de caractériser de grandes vitesses de chute (> 100 m/h) et peut être utilisé pour l’évaluation de la performance d’un dessableur. Pour être applicable, le protocole ViCAs doit être modifié en utilisant une colonne plus haute. / In wastewater treatment plant, grit chambers eliminate particles that will negatively affect processes downstream. Despite their importance, grit chambers are little studied. The characterization methods of the grit chamber’s influent and effluent are not standardized, making it difficult to compare and evaluate the performances reported. The objective of this master thesis was therefore to develop a protocol to characterize the settling properties of particles in an influent and effluent of a grit chamber unit and to establish a protocol to evaluate the grit chamber’s performance. In order to develop a settling characterization protocol, main parameters studied in the laboratory are the particle size, the particle settling velocity and the particle density. Five particle size characterization protocols were compared. The characterization of the settling velocity was evaluated using the ViCAs protocol and the elutriation system. The retained characterization protocol for grit chamber particles consists of washing wet particles, drying them at 105 °C and sieving them. The protocol was found to be repeatable and representative. It has been observed that the particles are generally composed of a heterogeneous mixture of inorganic and organic matter of different sizes. However, during rain events, the particles are smaller and more inorganic compared to dry weather. It was also noted that the density was greater for fractions smaller than 600 microns (ρ=2.50) compared to coarser fractions (ρ=1.40). Only the elutriation system allows characterizing high settling velocities (> 100 m/h) and can be used for evaluating the grit chamber’s performance. To be applicable, the ViCAs protocol must thus be modified, employing a taller column.

352711\u La fissuration causée par le retrait de séchage est une problématique importante dans un contexte de réparation d’ouvrage en bétonarmé. Pour les bétons de ciment, il s’agit d’un phénomène inévitable qui peut diminuer de façon importante la durée de vie des réparations. Les bétons à retrait compensés (BRC) permettent, avec une cure humide adéquate, de pallier cette difficulté en compensant les efforts engendrés lors de la contraction du matériau par une expansion précoce de l’élément de béton. Cette étude vise à évaluer l’effet d’une restriction déformationnelle sur l’efficacité des BRC à contrer les effets du retrait de séchage. Plus précisément, il s’agit de restreindre les déformations des BRC selon quatre niveaux de renforcementet d’étudier leur comportement déformationnel dans le temps. Ainsi, six mélanges de béton prêt à l’emploi ont été préparés à partir de trois types d’agents expansifs, un Type K, un Type G ainsi qu’un troisième à base d’oxyde de magnésium (MgO) ; tous les mélanges ont un rapport E/L de 0,50.Ces mélanges ont été élaborés de façon à pouvoir atteindre trois objectifs distincts. Le premier objectif est d’étudier le comportement déformationnel des BRC en conditions restreintes, notamment de quantifier les effets du fluage en compression créé par la restriction lors de l’expansion du béton. Le deuxième objectif est de vérifier quelles sont les déformations subies par les BRC avant même le démoulage afin d’établir s’il est pénalisant de n’amorcer la prise de mesure qu’à la fin de démoulage comme le propose actuellement les essais normalisés. Le troisième objectif vise à enrichir les abaques de l’ACI 223R-10 qui permettent de prédire les déformations d’un élément de béton selon le niveau de renforcement et les résultats obtenus suivant l’essai ASTM C878. Les principales conclusions de l’étude montrent que le fluage en compression des BRC est plus important dans les premiers jours lorsque l’expansion est intense et rapide alors qu’il est de plus faible ampleur lorsque l’expansion est plus lente et d’intensité plus faible. Les mesures déformationnelles débutant lors de contact eau-ciment jusqu’au démoulage, obtenues à l’aide de jauges résistives fixées aux barres d’armature, montrent que les déformations observées durant les premières heures sont faibles comparativement aux expansions maximales observées à la fin de la cure humide. Les abaques ont donc été revisités pour tenir compte du type et du dosage en agent expansif. Les abaques obtenus indiquent que le comportement déformationnel dépend à la fois du type et du dosage d’agent expansif.

Parmi les phénomènes complexes entourant la mise en place du béton projeté, les pertes par rebond du matériau restent au centre des préoccupations. Malgré des améliorations en matière de composition des mélanges et de formation des lanciers, aucune étude ne permet d’évaluer réellement l’effet du type d’équipement et de procédé utilisé sur la qualité du matériau et sur le rebond. À ce jour, la compréhension des mécanismes de rebond repose sur un seul modèle valide uniquement à l’échelle locale d’un granulat. Dans ce contexte, le présent projet s’est attardé à caractériser et étudier davantage les phénomènes contrôlant la mise en place du matériau à l’échelle du jet. Le projet s’est articulé autour de deux axes de recherche visant à caractériser les phénomènes de projection du matériau à la sortie de la lance, pour ensuite s’intéresser aux phénomènes intervenant lors de l’impact du matériau. À l’échelle de la particule, un modèle 1D basé sur la seconde loi de Newton a été développé et a permis d’identifier clairement les paramètres contrôlant l’accélération des particules dans un jet d’air comprimé. L’utilisation d’un système d’imagerie haute vitesse a permis de caractériser pour la première fois le champ des vitesses d’impact produit par 3 types de lances industrielles, et d’en établir l’expression analytique. Pour compléter l’étude des phénomènes de projection, de nouveaux dispositifs expérimentaux ont permis de révéler la distribution spatiale du débit de matériau dans le jet et sur la paroi. L’accumulation en temps réel du matériau et sa consolidation lors de son impact ont également été caractérisées en utilisant un dispositif d’imagerie haute vitesse. Au final, l’étude démontre clairement que les conditions de sortie du matériau au niveau de la lance contrôlent de manière importante l’uniformité des conditions d’impact (vitesse, énergie) et influencent par conséquent celle de la mise en place et de la compaction du matériau sur la paroi. En plus de fournir un nombre important d’outils expérimentaux et d’analyse, cette étude propose une approche novatrice de l’étude du procédé et offre de multiples perspectives de recherche pour des projets futurs. / Among the complex phenomena involved in the placement of shotcrete, material losses through rebound remains an important preoccupation. Despite efforts in mixture design improvements and nozzleman training, there are no studies available that truly evaluate the effect of equipment and placement process on the in-place shotcrete quality and the associated rebound. To this day, our understanding of rebound mechanisms is based on a single model validated only at the aggregate scale. In this context, the present study is aimed at further characterizing and studying the phenomena controlling shotcrete placement at the spray scale. The study is organized around two main aspects: characterising the spraying phenomena at the exit of the nozzle and studying the impact of material on the receiving surface. At the particle scale, a 1D model based on Newton's second law has been developed and has made it possible to clearly identify the parameters controlling the acceleration of particles in a compressed air stream. The use of a high-speed imaging system characterized, for the first time, the velocity fields generated by three different nozzles and proposed the relevant analytical expressions. To complete the study on the spraying phenomena, innovative experimental setups have helped reveal the spatial distribution of the material in the spray and on the receiving surface. The accumulation and consolidation of material on impact has also been illustrated using the high-speed imaging system. In conclusion, the study demonstrates clearly that the conditions prevailing at the exit of the nozzle have a significant effect on the uniformity of the impact conditions (velocities, energy) and will consequently influence those of placement and consolidation of the material on the receiving surface. As well as offering a number of important experimental and analytical tools, this study proposes an innovative approach for the study of the shotcrete process and offers multiple future research perspectives.

La considération adéquate des différentes sources d’incertitude est un aspect crucial de la prévision hydrométéorologique. La prévision d’ensemble, en fournissant des informations sur la probabilité d’occurrence des sorties du modèle, représente une alternative séduisante à la prévision déterministe traditionnelle. De plus, elle permet de faire face aux différentes sources d’incertitude qui se trouvent le long de la chaîne de modélisation hydrométéorologique en générant des ensembles là où ces incertitudes se situent. Le principal objectif de cette thèse est d’identifier un système qui soit capable d’appréhender les trois sources principales d’incertitude que sont la structure du modèle hydrologique, ses conditions initiales et le forçage météorologique, dans le but de fournir une prévision qui soit à la fois précise, fiable et économiquement attractive. L’accent est mis sur la cohérence avec laquelle les différentes incertitudes doivent être quantifiées et réduites. Notamment, celles-ci doivent être considérées explicitement avec une approche cohésive qui fasse en sorte que chacune d’entre elles soit traitée adéquatement, intégralement et sans redondance dans l’action des divers outils qui composent le système. Afin de répondre à cette attente, plusieurs sous-objectifs sont définis. Le premier se penche sur l’approche multimodèle pour évaluer ses bénéfices dans un contexte opérationnel. Dans un second temps, dans le but d’identifier une implémentation optimale du filtre d’ensemble de Kalman, différents aspects du filtre qui conditionnent ses performances sont étudiés en détail. L’étape suivante rassemble les connaissances acquises lors des deux premiers objectifs en réunissant leurs atouts et en y incluant la prévision météorologique d’ensemble pour construire un système qui puisse fournir des prévisions à la fois précises et fiables. Il est attendu que ce système soit en mesure de prendre en compte les différentes sources d’incertitude de façon cohérente tout en fournissant un cadre de travail pour étudier la contribution des différents outils hydrométéorologiques et leurs interactions. Enfin, le dernier volet porte sur l’identification des relations entre les différents systèmes de prévisions précédemment créés, leur valeur économique et leur qualité de la prévision. La combinaison du filtre d’ensemble de Kalman, de l’approche multimodèle et de la prévision météorologique d’ensemble se révèle être plus performante qu’aucun des outils utilisés séparément, à la fois en précision et fiabilité et ceci en raison d’unemeilleure prise en compte de l’incertitude que permet leur action complémentaire. L’ensemble multimodèle, composé par 20 modèles hydrologiques sélectionnés pour leurs différences structurelles, est capable de minimiser l’incertitude liée à la structure et à la conceptualisation, grâce au rôle spécifique que jouent les modèles au sein de l’ensemble. Cette approche, même si utilisée seule, peut conduire à des résultats supérieurs à ceux d’un modèle semi-distribué utilisé de façon opérationnelle. L’identification de la configuration optimale du filtre d’ensemble de Kalman afin de réduire l’incertitude sur les conditions initiales est complexe, notamment en raison de l’identification parfois contre-intuitive des hyper-paramètres et des variables d’état qui doivent être mises à jour, mais également des performances qui varient grandement en fonction du modèle hydrologique. Cependant, le filtre reste un outil de première importance car il participe efficacement à la réduction de l’incertitude sur les conditions initiales et contribue de façon importante à la dispersion de l’ensemble prévisionnel. Il doit être malgré tout assisté par l’approche multimodèle et la prévision météorologique d’ensemble pour pouvoir maintenir une dispersion adéquate pour des horizons dépassant le court terme. Il est également démontré que les systèmes qui sont plus précis et plus fiables fournissent en général une meilleure valeur économique, même si cette relation n’est pas définie précisément. Les différentes incertitudes inhérentes à la prévision hydrométéorologique ne sont pas totalement éliminées, mais en les traitant avec des outils spécifiques et adaptés, il est possible de fournir une prévision d’ensemble qui soit à la fois précise, fiable et économiquement attractive. / A proper consideration of the different sources of uncertainty is a key point in hydrometeorological forecasting. Ensembles are an attractive alternative to traditional deterministic forecasts that provide information about the likelihood of the outcomes. Moreover, ensembles can be generated wherever a source of uncertainty takes place in the hydrometeorological modeling chain. The global objective of this thesis is to identify a system that is able to decipher the three main sources of uncertainty in modeling, i.e. the model structure, the hydrological model initial conditions and the meteorological forcing uncertainty, to provide accurate, reliable, and valuable forecast. The different uncertainties should be quantified and reduced in a coherent way, that is to say that they should be addressed explicitly with a cohesive approach that ensures to handle them adequately without redundancy in the action of the different tools that compose the system. This motivated several sub-objectives, the first one of which focusing on the multimodel approach to identify its benefits in an operational framework. Secondly, the implementation and the features of the Ensemble Kalman Filter (EnKF) are put under scrutiny to identify an optimal implementation. The next step reunites the knowledge of the two first goals by merging their strengths and by adding the meteorological ensembles to build a framework that issues accurate and reliable forecasts. This system is expected to decipher the main sources of uncertainty in a coherent way and provides a framework to study the contribution of the different tools and their interactions. Finally, the focus is set on the forecast economic value and provides an attempt to relate the different systems that have been built to economic value and forecast quality. It is found that the combination of the EnKF, the multimodel, and ensemble forcing, allows to issue forecasts that are accurate and nearly reliable. The combination of the three tools outperforms any other used separately and the uncertainties that were considered are deciphered thanks to their complementary actions. The 20 dissimilar models that compose the multimodel ensemble are able to minimize the uncertainty related to the model structure, thanks to the particular role they play in the ensemble. Such approach has the capacity to outperform more a complex semi-distributed model used operationally. To deal optimally with the initial condition uncertainty, the EnKF implementation may be complex to reach because of the unintuitive specification of hyper-parameters and the selection of the state variable to update, and its varying compatibility with hydrological model. Nonetheless, the filter is a powerful tool to reduce initial condition uncertainty and contributes largely to the predictive ensemble spread. However, it needs to be supported by a multimodel approach and ensemble meteorological forcing to maintain adequate ensemble dispersion for longer lead times. Finally, it is shown that systems that exhibit better accuracy and reliability have generally higher economic value, even if this relation is loosely defined. The different uncertainties inherent to the forecasting process may not be eliminated, nonetheless by explicitly accounting for them with dedicated and suitable tools, an accurate, reliable, and valuable predictive ensemble can be issued.

Le fonctionnement du schéma de surface canadien CLASS a été analysé en détail, basé sur une démarche de rétroconception. L’impact des multiples variables d’états du modèle sur les termes des bilans énergétique et hydrique a été expliqué. La valeur des albédos et des transmissivités de la canopée augmente en fin de saison lorsque la canopée devient moins dense. Donc, le rayonnement au sol augmente alors que celui à la canopée diminue. La résistance de couche limite de la feuille ralentit les transferts de chaleur sensible et latente à la canopée durant le jour, mais n’a aucune influence la nuit. La résistance aérodynamique au transfert de chaleur est plus élevée le jour que la nuit. Elle influe sur les flux de chaleur sensible et latente à la canopée. La résistance de surface au transfert de chaleur est très élevée le jour et peu élevée la nuit. Elle influe sur les flux de chaleur sensible et latente au sol. La résistance stomatale est très grande la nuit. Elle freine le transfert de chaleur latente durant le jour et n’a aucune influence sur les flux de chaleur sensible. Finalement, on a observé de grandes fluctuations de température et de teneur en eau dans les deux premières couches de sol. Tandis que la troisième couche de sol a montré une réaction très lente aux précipitations et aux variations de température à la surface du sol. Les résultats sont supportés d’explications théoriques très détaillées dans la section théorie. / Canadian Land Surface Scheme