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.

La conception parasismique moderne est toujours en évolution afin de trouver des solutions pour améliorer la performance des structures, pendant des évènements tels que les séismes, tout en demeurant une option économique. Les diagonales ductiles confinées (DDC) sont devenus un choix intéressant comme système de résistance aux charges sismiques, en combinant la grande rigidité latérale des cadres à treillis concentriques avec une très bonne capacité de dissipation d’énergie. Toutefois, ce système est enclin à de grandes flèches latérales permanentes, causées par une faible rigidité suivant la plastification de la diagonale, ce qui pourrait probablement être résolu par l’utilisation d’un matériau possédant une bonne capacité d’écrouissage comme matériau pour le noyau ductile de la DDC. Dans cette étude, des éprouvettes machinées à partir de plaques d’acier inoxydable austénitique 304L et d’acier au carbone 350WT ont été testées sous des chargements de traction ainsi que des chargements cycliques à amplitude de déformation constante et à amplitude de déformation variable, dans le but de caractériser et de déterminer la faisabilité pour l’introduction de l’acier inoxydable 304L comme matériau de noyau ductile pour les DDC. Les résultats des essais de traction ont démontré que l’acier 304L présente un écrouissage et une ductilité plus importante que l’acier au carbone. De plus, une relation décrivant le comportement en contrainte-déformation vraie a été calée basée sur l’analyse d’image. Les résultats des essais cycliques à amplitude constante ont démontré que l’acier inoxydable 304L présente un plus grand durcissement cyclique que l’acier au carbone avec des contraintes maximales cycliques atteignant jusqu’à près de 3 fois la valeur de la limite élastique. En contrepartie, l’acier au carbone a démontré une meilleure durée de vie en fatigue oligocyclique que l’acier inoxydable. Les résultats des essais cycliques à amplitude variable ont, quant à eux, été utilisés pour caler un modèle d’écrouissage mixte représentant chacun des matériaux afin d’effectuer une simulation numérique d’un test de qualification pour DDC en utilisant le logiciel Abaqus. / Contemporary seismic design is constantly evolving in search of innovative and economic solutions to enhance the performance of structures during earthquakes. Buckling-restrained braces (BRBs) have evolved as an effective seismic load-resisting system, combining high lateral rigidity of concentrically braced frames with high energy dissipation capacity. However, BRBs are prone to large residual drifts, resulting from a low-post yield stiffness of the brace component. This could be resolved by using a material with a high strain hardening capacity, as the core plate material of the BRB or one of the core plates in a multi-plate configuration. This research aims at characterizing the austenetic stainless steel 304L in order to examine the feasibility of introducing this material as a core plate material oin BRBs. In this study, coupons machined from stainless steel 304L and carbon steel 350WT plates were tested under monotonic tensile loading and cyclic loading at both constant and variable cyclic strain. Results from the monotonic tensile tests showed that the 304L steel exhibits higher strain hardening and higher ductility character than the carbon steel. From these tests, a relation describing the true stress-strain behavior of the 304L steel was calibrated using image analysis techniques. Results from the constant amplitude cyclic tests showed that 304L stainless steel exhibits higher cyclic hardening with maximum cyclic stress values up to about three times that of the yield stress. On the other hand, the carbon steel showed higher low-cycle fatigue life. Results from the variable amplitude cyclic tests were used to calibrate the nonlinear kinematic-isotropic hardening model for both materials for use in a numerical simulation of the novel BRB in seismic vulnerability assessment studies.

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.

Une configuration alternative de la chaîne de modélisation hydroclimatique est proposée contournant la rareté des observations météorologiques nécessaires au post-traitement statistique des simulations climatiques ainsi qu’au calage du modèle hydrologique. Cette configuration propose de calibrer les fonctions de transfert nécessaires au post-traitement statistique conjointement aux paramètres du modèle hydrologique et repose sur l’hypothèse que les variations de débits observées à l’exutoire d’un bassin versant constituent un proxy valable des forçages climatiques correspondant. Cette configuration repose également sur la notion de « fonction-objectif asynchrone », c’est-à-dire un critère d’erreur négligeant volontairement la corrélation entre deux variables. Parce qu’elles sont largement dépendantes des observations disponibles, les configurations conventionnelles de la chaîne de modélisation hydroclimatique sont généralement limitées au déploiement des champs précipitations et températures. Elles sont conséquemment limitées à l’usage de formulations empiriques pour évaluer les processus hydrologiques à l’échelle du bassin versant. Par la mise en place de la configuration alternative, les champs humidité de l’air, rayonnement solaire et vitesse du vent sont intégrés à une chaîne complète de modélisation hydroclimatique, permettant la construction de projections hydrologiques à partir de la formulation physique d’évapotranspiration de référence de Penman-Montheith. Les projections ainsi produites sont comparées à celles issues d’une configuration conventionnelle employant des réanalyses comme substituts aux observations. Les deux configurations sont mises en place sur le bassin versant de la rivière Du Loup, un bassin forestier de taille intermédiaire localisé dans la Vallée du Saint-Laurent, à partir des simulations issues de l’ensemble climatique CRCM5-LE et du modèle hydrologique distribué à base physique WaSiM-ETH. L’analyse des projections hydrologiques produites démontrent la capacité de la configuration alternative à produire une réponse hydrologique cohérente, généralement plus robuste que celle produite par une configuration conventionnelle. Cette dernière s’avère sensible aux biais inscrits à même les réanalyses, affectant le post-traitement des séries simulées et l’identification des paramètres calibrés. Sur la période historique, la formulation de Penman-Montheith offre une représentation plus cohérente des fluctuations d’évapotranspiration comparativement à une formulation empirique basée exclusivement sur la température de l’air. La projection de l’évapotranspiration, des teneurs en eau dans le sol ainsi que des étiages estivaux se sont avérée sensibles aux choix de la formulation d’évapotranspiration. La configuration alternative proposée répond d’abord à une incohérence structurelle inscrite dans les configurations conventionnelles de la chaîne de modélisation hydroclimatique. Elle permet également le déploiement d’une modélisation hydroclimatique à base physique cohérente pour des régions où les observations météorologiques sont rares tel que les régions montagneuses ou septentrionales, ou bien en voie de développement.

L’objectif de la thèse est de développer un modèle de prédiction de l’uni des chaussées flexibles. La réalisation de cet objectif a impliqué quatre principales étapes. Premièrement, une revue de connaissance relative à la thématique a été faite. Il ressort de cette étude que l’Indice de Rugosité Internationale (IRI) est l’indice qui représente le mieux le phénomène d’uni. Cependant, la prédiction de celui-ci est encore essentiellement faite par des modèles empiriques. Deuxièmement, les deux principales dégradations des chaussées qui peuvent être les sources de problème d’uni pendant leur durée de vie utile sont notamment la déformation permanente différentielle (ornière) et le soulèvement différentiel. Ils ont été analysés et la nécessité de leur prédiction a été établie. Les modèles de prédiction recherchés doivent intégrer dans leur structure mathématique les paramètres géotechniques de sol qui sont les sources de la variabilité le long d’un tracé. Pour le soulèvement au gel, le modèle de Konrad (1981 et 2005) a été jugé approprié pour être intégré dans le modèle de prédiction de l’uni. Cependant, pour la déformation permanente, un nouveau modèle a été développé pour les besoins du projet. Troisièmement, un modèle mathématique de prédiction de l’uni des chaussées flexibles en termes d’IRI a été dérivé. Il a été bâti sur les hypothèses rigoureuses et comporte les paramètres complexes suivants : la déformation permanente ( ε p ), le soulèvement au gel (S), la fissuration transversale ( Ft ) et le coefficient représentant l’effet d’amplification ou d’atténuation des longueurs d’onde (K). Quatrièmement, le modèle dérivé a été étalonné et validé avec de données obtenues sur des chaussées réelles. Pour l’étalonnage, les données des bases de données du LTTP et du MTQ, d’une part, et, d’autre part, les données de la cueillette des paramètres géotechniques issus des essais de caractérisations des échantillons prélevés à chaque 5 m le long de 5 différents sites au Québec, ont été utilisées. Les coefficients d’étalonnage requis ont été déterminés avec succès. Pour la validation du modèle, par manque de paramètres géotechniques à chaque 5 m le long des sections identifiées pour réaliser cet objectif, le principe de niveau d’utilisation du modèle d’uni a été développé. Trois niveaux d’utilisation du modèle ont été développés et le modèle a été validé au troisième niveau d’utilisation avec un niveau de succès acceptable. / The objective of the thesis is to develop a model of prediction of the flexible pavements roughness. This goal was achieved through a rigorous process that involved four steps. First, a review of knowledge was made. It appears from this study that the International Roughness Index (IRI) is the index that better represents the roughness phenomenon, but the prediction is still empirical. Second, the two main pavement degradations that could cause roughness problems during the useful life are the permanent deformation and frost heave. After analysis of the existing models the need of the prediction model was established. The desired prediction models should have in their mathematical structure the geotechnical parameters of soil, which are the origin of variability along a road. For frost heave, the Konrad model (1981 and 2005) was found to be appropriate. However, for permanent deformation there was no adequate model. Thus, a permanent deformation model was developed. Third, a mathematical model for the prediction of pavements roughness in terms of IRI was derived. It has been built on rigorous assumptions and includes the following parameters: permanent deformation ( ε p ), frost heave (S), transverse crack ( Ft ) and coefficient representing the effect of amplification or attenuation of wavelengths (K). Fourth, the derived model was calibrated and validated with data obtained on actual pavements. For calibration, data from the LTTP and MTQ databases and the geotechnical parameters resulting from the characterization tests of the samples, taken at every 5 m along 5 different sites in Quebec Province were used. The required calibration coefficients have been determined successfully. For the validation of the model, due to lack of geotechnical parameters at every 5 m along the identified sections to achieve this objective, the principle of the model use level has been developed. Three levels of the model use were developed and the model was validated at the third level with an acceptable level of success.

Lors d’un suivi en temps réel de la qualité de l’eau d’une rivière, une quantité innombrable de données peut être récoltée permettant ainsi une bonne description des dynamiques changeant rapidement. Cependant, des questions s’imposent. Quelle est la qualité des données mesurées en temps réel? Quels sont les effets de données de mauvaise qualité sur les objectifs associés à leur utilisation? Ce mémoire tente de résoudre cette problématique en présentant des outils automatiques d’évaluation de la qualité des données. Ces outils sont généraux et simples, en ce sens qu’ils s’appliquent à différents emplacements (rivière, STEP, égout, etc.) et qu’ils sont basés sur des méthodes univariées faciles à implanter. Suite à l’application de ces outils, la qualité des données est connue et accrue favorisant ainsi l’atteinte des objectifs reliés à un suivi en temps réel. Leur application est démontrée sur des données mesurées lors d’un suivi en temps réel de la qualité de l’eau d’un ruisseau urbain effectué à l’aide de la station monEAU. / During real-time water quality monitoring in river systems, a huge amount of data is produced which allows a better description of the rapidly changing dynamics compared to spot sampling methods. However, what is the quality of the measured data and what are the impacts of poor data quality on the objectives pursued during real-time water quality monitoring? Therefore, this master thesis proposes automatic data quality assessment tools to tackle this issue. These tools are general and simple, which means that they can be applied to any type of water and that they are based on easy-to-implement univariate methods. Following the application of these tools, data quality will be improved and known as such and will allow to better achieve the objectives of a real-time water quality monitoring project. The application of these tools is demonstrated on data collected during real-time water quality monitoring of an urban river performed using a monEAU station.

Des additifs pour le traitement des fosses septiques sont proposés sur le marché, dans le but d’améliorer leur fonctionnement. Cependant, leur influence n’a pas été vérifiée. Un projet de recherche a été mis en place afin d’évaluer l’influence des bio-additifs sur la dégradation des boues de fosse septique. L’étude a été menée, à l’échelle du laboratoire, sur trois produits de traitement testés sur six échantillons différents d’effluents de fosses septiques vidangées. Un témoin (sans additif) a servi de référence pour évaluer la dégradation naturelle simulée des boues de fosse septique et la comparer à celle des bio-additifs. Ils ont été incubés à une température de 35°C, pendant une période de dix jours. Afin d’évaluer leur rôle dans le traitement, les paramètres suivants ont été mesurés : solides totaux, solides volatils, demande chimique en oxygène, coliformes fécaux et production de méthane. Ces paramètres ont été mesurés avant le lancement, à la moitié (5 jours) et à la fin de chaque essai. Les analyses statistiques des résultats obtenus (analyse de la variance et test de Dunnett) n’ont pas permis de mettre en lumière une différence significative entre les bio-additifs utilisés et le témoin, à un seuil de confiance de α=0,05. Une partie du projet s’est également concentrée sur la conception de méthodes de mesure du méthane en laboratoire. Les expériences ont été menées en parallèle avec celles menées sur les bio-additifs. Les résultats de l’étude statistique semblent être concluants concernant la fiabilité des mesures faites avec les montages expérimentaux conçus en laboratoire. / Additives for septic tank treatment are available in order to improve their performance. However, their influence has not yet been proven. A research project was initiated to assess the influence of bio-additives on septic tank sludge degradation. The study was conducted at laboratory scale with regard to three treatment products tested on six different effluent samples from emptied septic tanks. A blank (without additive) was used as a reference to assess the natural degradation of septic tank sludge and to compare with the effects of the bio-additives. These samples were incubated at 35°C for ten days. In order to evaluate the bio-additive contribution, the following parameters were measured: total solids, volatile solids, chemical oxygen demand, fecal coliforms and methane production, and that before, halfway and at the end of each test. The statistical analysis of the results (analysis of variance and Dunnett’s test) was inconclusive to highlight a difference between the bio-additives and the reference at a confidence level of 5%. Another part of this project was to design laboratory methods for methane measurement. These tests were conducted at the same time as the bio-additives experiments. The statistical results seem conclusive as to the reliability of the measurements made with the experimental apparatus designed in the laboratory.

Les sols argileux gonflants sont une réelle problématique au monde. Ils sont particulièrement menaçants dans les régions à climat semi-aride dont le Tchad. La variation de la teneur en eau dans le sol due à l’alternance saison sèche/saison de pluie met le sol argileux potentiellement gonflant dans une instabilité volumétrique. La conséquence est souvent des fissures sévères sur les bâtiments, routes, barrages … Des échantillons d’argiles prélevés à N’Djaména au Tchad ont été testés au laboratoire. Les essais réalisés sont la diffractométrie de rayon X, les limites d’Atterberg, la sédimentométrie, la densité relative, et l’oedométre. La conclusion majeure que l’on peut tirer de ces essais est que les argiles de N’Djaména ont un potentiel de gonflement moyen ou élevé. Le logiciel d’élément finis Abaqus a été utilisé pour simuler le comportement volumétrique des argiles de N’Djaména. Les résultats du modèle d’Abaqus et celui des essais oedométriques concordent bien. / Expansive clay soils represent a problematic reality in our world. They threaten specifically semiarid climatic regions, including that of Chad. The variation of water content in the soil, due to the alternating dry / rainy seasons, produces potentially swelling clays with volumetric instabilities. The consequences resulting from this swelling are severe cracks in buildings, roads, dams... Clay samples collected at the N'Djamena test site in Chad have been tested in the laboratory. The tests that were conducted are: X-ray diffraction, Atterberg limits, sedimentation analysis, relative density measurements and the classical oedometer tests. The major conclusion that can be drawn from this study is that the N'Djamenas’ clays are classified as potentially medium to high swelling clays. The ABAQUS finite element software was used to simulate and corroborate the volumetric behavior of N’Djamena clays. A comparison of the simulation results with results obtained from oedometer tests indicates an excellent conformity.

La présente étude a consisté à analyser les caractéristiques hydrauliques de matériaux concassés d'origine granitique. La conductivité hydraulique et la courbe caractéristique de rétention d'eau (CCRE) ont été déterminées pour neuf matériaux granulaires reconstitués. Les matériaux ont été reconstitués à partir du matériau MG-20 de la carrière PEB de Lac-Saint-Charles et à l'aide du fuseau granulométrique pour des matériaux de fondations routières MG-20 recommandé par le ministère des Transports du Québec (MTQ). Les granulométries des matériaux reconstitués ont été divisées en deux groupes caractérisés, d'une part, par la variation du coefficient d'uniformité et, d'autre part, par la variation du pourcentage des particules fines. À partir de la définition des paramètres hydriques des matériaux - la pression d'entrée d'air ([Psi]a) et la conductivité hydraulique saturée (ksat) -, on a établi des relations empiriques entre la porosité de la fraction fine (nf) et les paramètres hydrauliques. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude montrent l'influence des conditions initiales de compactage sur les paramètres hydrauliques des matériaux granulaires. L'énergie de compactage ainsi que la teneur en eau à laquelle les matériaux ont été compactés jouent un rôle important sur la structure de la fraction fine des matériaux granulaires reconstitués, ce qui a un impact important sur les paramètres hydrauliques de ces matériaux. Lorsque les matériaux granulaires MG-20 sont compactés à une teneur en eau inférieure à la teneur en eau optimale, ces matériaux présentent une macroporosité qui rend la valeur de la pression d'entrée d'air ([Psi]a) plus faible et la valeur de la conductivité hydraulique saturées (ksat) plus élevée. Cette étude, basée sur le modèle de porosité des matériaux granulaires avec fines de Côté et Konrad (2003), a permis d'établir que la valeur de nf est une caractéristique qui définit bien le comportement d'un matériau MG-20. Les relations empiriques obtenues dans le cadre de ce travail [Psi]a - nf et ksat - nf ont été établies à partir des paramètres hydrauliques et des propriétés de structure du matériau. Ces relations permettent de caractériser d'une manière satisfaisante les matériaux MG-20 et permettent d'obtenir les caractéristiques hydriques du matériau à partir des propriétés de sa structure.