Des levés gravimétriques ont été effectués, à l’aide d’un gravimètre de haute précision Scintrex CG-3+, sur des terrains en zone de pergélisol discontinu où des corps de glacemassive sont suspectés (Dry Creek, Yukon) ou bien ont été préalablement détectés (Beaver Creek, Yukon et dans la région de Kangerlussuaq, Groenland). L’objectif principal fut donc d’établir la faisabilité d’utiliser la gravimétrie à des fins de détection de glace intrasédimentaire. La possibilité d’utiliser un gravimètre afin de détecter des corps de glace massive fut clairement démontrée. Des anomalies micro-gravimétriques négatives furent détectées et celles-ci peuvent être clairement attribuées à la présence de glace dans le sol. La confirmation de la présence de glace fut effectuée par une campagne de forage à Dry Creek et par la consultation de travaux de forages antérieurs pour les terrains de Beaver Creek et du Groenland. Un modèle simple en deux dimensions composé de colonnes allongées verticalement fut adapté au contexte micro-gravimétrique. Les comparaisons entre les modèles et les résultats de terrain sont bonnes pour les coins de glace et satisfaisante pour de volumineux massifs de glace enfouis. / Gravity surveys were carried out using a precision gravimeter Scintrex CG-3+ on the discontinuous permafrost zone in lands where massive ice bodies were suspected (Dry Creek, Yukon) or previously detected (Beaver Creek, Yukon and in the area of Kangerlussuaq, Greenland). The main objective of the research was to establish the feasibility of using gravity surveying for massive ice detection. The possibility of using a gravimeter to detect massive ice was clearly demonstrated. Indeed, negative residuals anomalies were detected and these can be clearly attributed to the presence of ice in the ground. The presence of ice was carried out during a drilling and coring campaign in Dry Creek and through published reports of previous drilling for Beaver Creek and Greenland sites. A simple two-dimensional model composed of verticals columns was adapted to the micro-gravity environment. The comparisons between models and field results are good for ice wedges terrains and satisfactory for voluminous massive ice.

L’hydrolyse de la fraction organique des matières résiduelles municipales (FOMRM) est une approche peu étudiée comme alternative au tri mécanique des traitements mécano-biologiques (TMB) appliqués aux matières résiduelles municipales (MRM) issues de la collecte à deux voies. L’objectif est d’étudier ce tri biologique pour extraire la FOMRM en un lixiviat riche en acides organiques et valorisable par biométhanisation. Les MRM sont représentées par une matrice artificielle composée de résidus de fruits et légumes et d’inertes. L’impact de plusieurs traitements (immersion, recirculation du lixiviat, pré-compostage, prétraitement thermique), seuls ou combinés, sur les performances de tri et le potentiel de biométhanisation (PBM) est étudié. Comparativement à une dégradation passive, l’immersion et le pré-compostage augmentent respectivement : 1) le tri de 1 à 5%, séparant 65% de la FOMRM en près d’une semaine (2.5 fois plus rapidement), et 2) le PBM de 10 à 65%, pouvant générer de 10 à 33 Nm³ CH₄/tonne STV.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / La sédimentation des particules contenues dans les eaux de ruissellement est reconnue comme étant le phénomène le plus important pour l'amélioration de la qualité de l'eau en bassin de rétention avant son rejet au milieu récepteur. Ce projet de maîtrise vise à apporter des éléments clés dans sa compréhension. L'objectif est de mettre en place un protocole de mesure de vitesses de chute adapté aux besoins du projet. La combinaison de ces vitesses à l'évaluation de la distribution de la taille des particules fournira des informations sur l'influence des temps de rétention en bassin autant du point de vue qualité de l'eau que sur le gain en termes de décantation physique des particules. L'objectif est donc d'obtenir des résultats décrivant les vitesses de chute des particules contenues dans les eaux de ruissellement et les diamètres de ces particules. Un protocole devra aussi être élaboré afin de mesurer cette dernière caractéristique. D'un point de vue gestion du bassin, il y a aussi un objectif visant à mettre en lumière l'existence ou non de relations entre le type d'événement pluvieux et les vitesses de chute enregistrées. À l'été 2008 et 2009, des campagnes de mesures ont été menées afin de récolter des données sur la qualité des eaux de ruissellement dans une zone résidentielle typique de Québec et des eaux à l'intérieur du bassin. L'évaluation des différents protocoles existants permettant de mesurer la vitesse de sédimentation a mené à l'emploi du protocole ViCAs élaboré à Lyon en France. Les résultats obtenus à partir du ViCAs ont permis de fractionner sous différentes classes de vitesse de chute les échantillons composites récupérés à l'entrée et à la sortie du bassin de rétention étudié. Les proportions de chaque classe varient grandement d'un événement à l'autre. Leur mise en relation avec les caractéristiques des événements pluvieux ayant généré ces eaux de ruissellement a permis de conclure que les vitesses de chute sont proportionnelles à l'intensité de pluie maximale, à la hauteur de précipitation et au volume ruisselé. La durée de l'événement a aussi un effet notable, mais non linéaire. Les essais sur le terrain combinés à ceux du laboratoire permettent de croire qu'une période de décantation de deux jours et demi entraîne l'enlèvement maximal atteignable des matières en suspension. Par contre, la comparaison des mesures de distribution de taille de particules, effectuées sur les échantillons composites des eaux de ruissellement, avec les distributions de vitesses de chute n'a pu mener à des conclusions. Il ne semble pas possible de faire un lien direct entre ces deux variables.

Le Service de l’environnement de la Ville de Québec a opté pour la protection du milieu par la mise en place de projets pilotes évaluant des pratiques de gestion optimale (PGO). Dans le cas actuel, on s’interroge sur le rendement de la noue engazonnée sur le territoire de la Ville de Québec. L’étude de cas de la noue est déterminante pour l’utilisation future de cette phytotechnologie. Le suivi a mis en évidence plusieurs défauts de construction, mais surtout des problèmes de croissance des végétaux dans le chenal principal. Conséquemment après deux ans d’implantation, l’ouvrage n’était toujours pas arrivé à maturité. La cueillette de données n’a pas permise d’estimer l’efficacité de l’ouvrage en 2010 et 2011. Plusieurs questions demeuraient sans réponse. La modélisation de la noue a permis de conclure que la conception, bien qu’imparfaite, n’était pas la cause des problèmes rencontrés puisque le projet est adapté à son milieu. / Quebec City’s « Service de l’environnement » has invested in watershed protection by doing several pilot studies to evaluate promising best management practices (BMP). This study focuses on the efficiency of a grass swale located on its main drinking water intake watershed. In addition to several construction shortcomings, vegetative growth problems in the main channel were observed: the grass swale did not reach maturity after two summer seasons (2010 and 2011). A hydraulic model of the grass swale was developed to better understand the hydraulic behaviour of the swale and to evaluate the impact of various changes in design. Results show that water velocities under 0.05 m/s were optimal for treatment and that problems met were not directly attributed to the design but mostly to construction issues. Finally, analysis of field data and modelling results led to several recommendations to improve both the design and implementation of this phytotechnology.

La première théorie de vagues a été proposée par Sir George Biddell Airy en 1845. Elle est, aujourd'hui encore, la théorie de vagues la plus utilisée. TI y a ensuite eu plusieurs théories de vagues, mais dû à la complexité des formulations, elles ont été placées au deuxième plan, par rapport aux applications pratiques. Plusieurs paramètres de vagues, ainsi que différents phénomènes d'intérêt, sont encore étudiés à partir de la théorie linéaire d'Airy, même si on sait que cette théorie n'est pas valide pour toutes les conditions qui vont se présenter aux ingénieurs, dans la pratique, surtout quand le fond joue un rôle transformateur sur le profil de la vague. Dans le présent travail sont étudiées la théorie linéaire d'Airy (1845), la théorie de Stokes (1847) du deuxième ordre, la théorie de Stokes du troisième ordre proposée par Skjelbreia (1958), les théories de Stokes du cinquième ordr~ proposées par Isobe, Nishinuura et Horikawa (1978) et celle proposée par Fenton (1985), les théories d'onde cnoïdale du premier ordre proposées par Masch et Wiegel (1961) et par Svendsen (2006), la théorie d'onde cnoïdale du troisième ordre proposée par Isobe, Nishimura et Horikawa (1978) et les théories d'onde solitaire du premier ordre proposées par Masch et Wiegel (1961) et Svendsen (2006). Pour chaque théorie de vague étudiée sont analysés la longueur d'onde, la célérité de la vague, le nombre d'Ursell, la distance entre le fond et le creux de la vague, l'énergie moyenne de la vague, la puissance de la vague, les transports de masse lagrangien et eulérien, la variation du niveau d'eau moyen, la contrainte de radiation principale et la contrainte de radiation perpendiculaire. Dans le présent travail sont présentées les différentes formulations de chaque théorie étudiée, ainsi que des graphiques et tableaux pour montr~r le comportement des différents paramètres de vagues. Comme résultat du présent travail, un outil Excel est fourni, qui permettra de connaître le comportement des différents paramètres de vagues, inconnus pour l'instant pour les théories de vagues les plus utilisées.

Le décanteur primaire constitue un élément important du traitement primaire des eaux résiduaires. Cet ouvrage repose sur le principe de décantation par gravité pour l’enlèvement des solides en suspension. L’évaluation du rendement des décanteurs primaires a fait l’objet de nombreuses études théoriques et expérimentales. La performance du décanteur primaire dépend à la fois des propriétés physiques du décanteur (charge superficielle, temps de rétention…etc), et des caractéristiques des particules en suspension (taille, densité et vitesse de sédimentation). La détermination de la vitesse de chute des particules pour une élimination efficace des particules constitue un élément essentiel pour améliorer le rendement des décanteurs primaires. En effet, la caractérisation physique des MeS par son étude expérimentale demeure nécessaire et elle fait l’objet de ce mémoire. Deux aspects principaux ont été abordés : l’applicabilité du protocole ViCAs pour la détermination de la distribution des vitesses de chutes des particules au niveau de l’affluent et l’effluent d’un décanteur primaire et la possibilité d’élaborer un protocole pour la mesure de la distribution de la taille de ces particules. Les résultats obtenus ont permis de déterminer la vitesse de chute médiane V50 des particules des eaux résiduaires. En temps sec, la vitesse moyenne médiane ne varie pas d’une station à une autre. Elle fluctuait entre 0,75 et 0,90 m/h. Par contre, la vitesse de chute V50 est proportionnelle à la concentration de l’eau usée en MeS qui reflète les conditions dans le réseau d’égout, les tests effectués ont montré que cette vitesse peut passer de 0,65 à 4,5 m /h en fonction de la concentration. Pour déterminer la distribution de la taille des particules dans les eaux résiduaires à l’entrée et à la sortie de l’unité de traitement primaire, la technique FBRM (Focused Beam Reflectance Measurement) a été utilisée. Le travail a été réalisé en deux étapes : une première étape était consacrée à mettre en place un protocole de mesure de la taille des particules. Ce protocole doit être approprié à la fois à la technique choisie et à la nature de l’échantillon. La représentativité des résultats dépend du pas de temps et la répétabilité de mesure, la vitesse de mélange de l’échantillon à caractériser, et de la vitesse de balayage des rayons laser. La concentration de l’échantillon influence aussi les résultats et la performance de la technique FBRM. L’élaboration d’un protocole doit donc prendre en considération tous ces paramètres. Une deuxième étape consistait en l’application des deux protocoles sur les mêmes échantillons, donc à caractériser par le protocole ViCAs pour avoir la distribution de la taille et de la vitesse de chute des particules du même échantillon. La distribution de la taille des particules à l’affluent varie grandement d’une station à une autre et dépend également des conditions climatiques comme le temps de pluie. Au niveau de l’effluent, la distribution de la taille des particules varie en fonction de la charge superficielle du décanteur primaire. Les résultats obtenus confirment l’intérêt de l’utilisation du FBRM en parallèle des tests ViCAs pour pouvoir interpréter les courbes de distribution de vitesse de sédimentation d’un site à un autre. Les résultats prouvent l’existence d’une relation entre la vitesse de chute des particules et leur taille. / The primary clarifier is an important element of primary treatment of wastewater. It is based on the principle of gravity settling to remove suspended solids. The evaluation of the performance of primary clarifiers has been the subject of many theoretical and experimental studies. Primary clarifier performance depends on both the physical properties of the clarifier (hydraulic retention time, etc.), and characteristics of the suspended particles (size, density and settling velocity). Determining the velocity of particles is a key element to improve the performance of primary clarifiers. Indeed, the physical characterization of TSS by experimental study remains necessary and is the subject of this thesis. Two main aspects were considered: the applicability of the ViCAs protocol for the determination of the distribution of the particle settling velocity at the influent and effluent of the primary clarifier and the possibility to develop a protocol for measuring the size distribution of these particles. The results were used to determine the median settling rate of wastewater particles V50. In dry weather, V50 does not vary from one station to another. It fluctuated between 0.75 and 0.9 m /h. On the other side, V50 is proportional to the TSS concentration of the wastewater, which reflects the conditions in the sewer, ranging from 0.65 to 4.5 m / h. To determine the size distribution of the particles in the wastewater at the inlet and at the outlet of the primary clarifier, the FBRM technique (Focused Beam Reflectance Measurement) was used. The work was carried out in two steps: the first step was devoted to develop a protocol for measuring the particle size distribution. This protocol should be appropriate to both the technique used and the nature of the sample. The representativeness of the particle size depends on the cycle time and the repeatability of measurement depends on the mixing rate of the sample and the scanning speed of the laser beam. Also, the concentration of the sample influences the results and the performance of the FBRM technique. So, the protocol must take in account all these parameters when selecting the suitable measurement conditions. The second step consisted in applying the two protocols to the same samples, the settling velocity of particles with ViCAs and the particle size distribution with FBRM. The particle size distribution varies greatly from one wastewater treatment plant to another. It also depends on weather conditions such as rain. For effluent, the distribution of size of the particles varies depending on the hydraulic load of the primary clarifier. The results confirm the interest of using FBRM and ViCAs tests to interpret particle settling velocity distributions from one site to another. The results show the existence of a relationship between the settling velocity and particle size.

Les changements climatiques attendus pour les prochaines décennies auront des impacts non négligeables sur la performance à long terme des réseaux routiers québécois, notamment durant la période hivernale. Cette étude a pour objectif de quantifier l’effet des changements climatiques attendus en hiver, c’est-à-dire les effets d’une diminution de l’indice de gel et d’une hausse du nombre d’épisodes de redoux hivernaux. Tout d’abord, un adoucissement des températures hivernales aura un impact positif en réduisant l’endommagement des chaussées causé par les phénomènes de soulèvement au gel. Une augmentation de durée de vie relative de 6 à 17 % est attendue pour l’horizon climatique [2011-2040]. De plus, une méthode d’ajustement de l’indice de gel utilisé en conception a également été établie pour adapter les futures chaussées à des hivers moins rigoureux. Par la suite, l’effet d’une augmentation du nombre de redoux hivernaux aura des effets négatifs sur les chaussées en occasionnant une augmentation de l’endommagement par déformation permanente dans la couche de fondation granulaire et par fatigue dans la couche de béton bitumineux. Des essais triaxiaux ont été réalisés pour évaluer la performance en déformation permanente de différents types de MG-20 soumis à une répétition de redoux hivernaux. Ces essais ont ensuite été validés par des essais effectués à l’aide d’un simulateur de charge roulante. Il a été possible de conclure que, pour l’horizon climatique [2011-2040], les chaussées flexibles au Québec subiront une perte de durée de vie relative variant de 7 à 13 % en déformations permanentes. Concernant l’endommagement par fatigue, la perte de durée de vie relative attendue varie de 5 à 8 %. Finalement, certaines méthodes de mitigation sont proposées afin d’adapter les réseaux routiers aux changements climatiques. / In the coming decades climate change will have significant impacts on the long-term performance of the road network of Quebec, particularly during winter period. This study quantifies the effect of climate change expected in winter, precisely the effect of a decrease in the freezing index and an increase in the number of episodes of winter thaws. Firstly milder winter temperatures will have a positive impact by reducing pavement damage caused by frost heaves. Increased duration of life of about 6-17% is expected for climate horizon [2011-2040]. In addition, an adjustment of the freezing index has also been established to adapt construction of future pavement structure to less severe winters. Thereafter, the effect of an increase in the number of winter thaws events will have a negative impact on pavements increasing damages by permanent deformation in the granular base and by fatigue in the asphalt concrete layer. Triaxial tests were conducted to evaluate the performance on permanent deformation of different types of MG-20 subjected to repeated winter thaws. These tests were then validated using a small-scale heavy vehicle simulator. It was possible to conclude that, for the climate horizon [2011-2040], flexible pavements in Quebec will suffer a loss of lifetime ranging from 7 to 13% in permanent deformation. Regarding the fatigue damage, we expect a reduction of lifetime from 5 to 8%. Finally, some mitigation methods are proposed to adapt road networks to climate change.

La pâte à brasquer joue un rôle fondamental dans la durée de vie d’une cuve d’électrolyse et son efficacité énergétique. D’une part, elle empêche l’infiltration de l’aluminium liquide dans la cuve et, d’autre part, elle fait office de joint entre les blocs cathodiques ce qui les protège de la fissuration et de l’endommagement. Le vieillissement de ce matériau granulaire, en raison de l’évaporation des agents adoucissants assurant sa malléabilité à température ambiante, est susceptible d’influencer ses propriétés physiques, mécaniques et électriques. D’un autre côté, lors de la mise en forme de la pâte à brasquer, le liant présent dans sa composition libère des produits cancérigènes tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques, ce qui constitue un réel danger pour la santé. Afin de pallier cette problématique, plusieurs pâtes écologiques ont été développées. Toutefois, les propriétés physiques de ces nouvelles pâtes et leurs effets sur l’efficacité du procédé ne sont pas encore bien connus. Ce travail a pour objectif l’étude de l’effet du phénomène de vieillissement sur les propriétés physiques, mécaniques et électriques de la pâte à brasquer. Dans cette perspective, une pâte standard et une autre écologique ont été considérées. La caractérisation de l’effet du vieillissement est axée sur la mesure de grandeurs telles que la densité apparente, la perte de masse, le changement volumétrique, le module de Young, le coefficient de Poisson, la résistance à la compression et à la traction ainsi que la résistivité électrique. Les résultats de cette étude révèlent que le vieillissement de la pâte à brasquer affecte principalement la perte de masse après cuisson, le coefficient de Poisson ainsi que les propriétés mécaniques de la pâte crue. / The ramming paste plays a fundamental role in the life of an electrolysis cell and its energy efficiency. On the one hand, it prevents the infiltration of liquid aluminum into the cell and, on the other hand, it seals the cathode blocks which protects them from damage and ultimately from failure. The aging of the coal tar pitch based ramming paste, due to the evaporation of the softeners ensuring its malleability at room temperature, is likely to influence its physical, mechanical and electrical properties. Also, during the compaction of the coal tar pitch based ramming paste, the binder present in its composition releases carcinogenic products such as polycyclic aromatic hydrocarbons, which constitutes a real danger for health. To overcome this problem, several eco-friendly ramming pastes have been developed in recent years. However, the physical properties of these new pastes and their effects on the process efficiency are not yet well known. This work aims to study the aging effect on the physical, mechanical and electrical properties of the ramming paste. In this perspective, a standard coal tar pitch based ramming paste and an eco-friendly one were investigated. The characterization of the aging effect is focused on the measurement of quantities such as apparent density, mass loss, volumetric change, Young’s modulus, Poisson’s ratio, compressive and tensile strength as well as electrical resistivity. The results of this study reveal that the aging of the ramming pastes mainly affects the mass loss, the Poisson’s ratio and the mechanical properties of the green paste.

Au cours des 20 dernières années, le béton projeté a fait l'objet de plusieurs recherches portant particulièrement sur la compostions des mélanges. En parallèle, tous s'entendent pour dire que la qualité du matériau en place dépend grandement de l'expérience du lancier et de sa technique de mise en place. Les connaissances et données scientifiques entourant le processus de mise en place et la compaction du béton projeté étant limitées, ce projet de recherche est dédié à l'étude des paramètres de projection. L'objectif de cette étude consiste à comprendre et quantifier l'influence des différents paramètres de projection sur les propriétés du béton projeté à l'état frais et durci. Afin de mieux saisir le phénomène de compaction, il est essentiel d'étudier et de quantifier la formation des vides de compaction présents dans le béton projeté; une méthode expérimentale simple a été mise au point pour évaluer cette grandeur. Un volet de cette étude est également consacré au comportement isotrope du béton projeté. Les nombreux résultats sont très intéressants et font ressortir non seulement d'importantes différences dans le processus de mise en place entre le béton projeté par voie sèche et le béton projeté par voie humide, mais aussi entre les mélanges contenants ou non de la fumée de silice. En effet, la présence de vides de compactage, l'absorption d'eau et les résistances en compression sont des propriétés qui sont toutes influencées par le procédé de projection et la présence de fumée de silice. De plus, pour tous les mélanges produits au laboratoire, la résistance en compression semble être une propriété isotropique.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse s'intéressent à la texture de la surface coffrée des parements verticaux en béton. Ils ont été divisés en trois volets : l'uni, les vides de compaction et le huilage de surface. Pour étudier l'influence du coffrage et du démoulant sur l'uni, des pâtes de ciment ont été coulées sur des surfaces coffrantes en faisant varier le type de coffrage, le démoulant et la position du coffrage dans le moule. La surface et la tranche des surfaces obtenues ont été étudiées au MEB. Cette étude montre que la texture de la surface des pâtes dépend de celle de la surface coffrante utilisée. La couche de pâte de surface est généralement composée de C-S-H sous forme de grains enchevêtrés sauf pour les parements brillants où la couche de surface est composée de portlandite. Pour étudier l'influence des propriétés rhéologiques sur les vides de compaction, des parements en béton ont été réalisés, à partir d'un même squelette granulaire, en faisant varier le volume de pâte, le rapport E/C et les proportions d'adjuvant des mélanges. Cette étude montre qu'il existe un seuil de cisaillement limite au-delà duquel la quantité de vides de compaction de surface devient importante. La quantité de vides de surface dépend du seuil de cisaillement du mortier des mélanges et de la concentration en granulats. L'étude théorique du bullage des surfaces, montre que les bulles d'air sont toujours plus stables sur la paroi du coffrage, les bulles formées peuvent dans certaines conditions s'évacuer du mélange. La possibilité de mouvement des bulles d'air dépend du seuil de cisaillement des mortiers, de la technique de mise en place et de la rugosité des coffrages. Afin de vérifier expérimentalement les calculs théoriques réalisés, des mortiers de tension superficielle variable ont été coulés sur des surfaces coffrantes sélectionnés pour faire varier l'angle de contact entre le mortier, la bulle et le coffrage. Cette étude confirme que les paramètres déterminant pour le bullage sont le seuil de cisaillement des mortiers, la technique de mise en place et la rugosité des coffrages.