La prévision hydrologique consiste à évaluer quelle sera l'évolution du débit au cours des prochains pas de temps. En utilisant les systèmes actuels de prévisions hydrologiques déterministes, il est impossible d'apprécier simplement l'incertitude associée à ce type de prévision, ce que peut nuire à la prise de décisions. La prévision hydrologique d'ensemble (PHE) cherche à étayer cette incertitude en proposant, à chaque pas de temps, une distribution de probabilité, la prévision probabiliste, en place et lieu d'une estimation unique du débit, la prévision déterministe. La PHE offre de nombreux bénéfices : elle informe l'utilisateur de l'incertitude; elle permet aux autorités qui prennent des décisions de déterminer des critères d'alerte et de mettre en place des scénarios d'urgence; elle fournit les informations nécessaires à la prise de décisions tenant compte du risque. L'objectif principal de cette thèse est l'évaluation de prévisions hydrologiques d'ensemble, en mettant l'accent sur la performance et la fiabilité de celles-ci. Deux techniques pour construire des ensembles sont explorées: a) une première reposant sur des prévisions météorologiques d'ensemble (PME) et b) une seconde exploitant simultanément un ensemble de modèles hydrologiques (multimodèle). En termes généraux, les objectifs de la thèse ont été établis afin d'évaluer : a) les incertitudes associées à la structure du modèle : une étude qui repose sur des simulations journalières issues de dix-sept modèles hydrologiques globaux, pour plus de mille bassins versants français; b) les incertitudes associées à la prévision météorologique : une étude qui exploite la PME du Service Météorologique du Canada et un modèle hydrologique opérationnel semi-distribué, pour un horizon de 3 jours sur douze bassins versants québécois; c) les incertitudes associées à la fois à la structure du modèle et à la prévision météorologique : une étude qui repose à la fois sur la PME issue du ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) et seize modèles hydrologiques globaux, pour un horizon de 9 jours sur 29 bassins versants français. Les résultats mets en évidence les avantages des systèmes probabilistes par rapport aux les déterministes. Les prévisions probabilistes sont toutefois souvent affectées par une sous dispersion de leur distribution prédictive. Elles exigent alors un post traitement avant d'être intégrées dans un processus de prise de décision. Plus intéressant encore, les résultats ont également montré le grand potentiel de combiner plusieurs sources d'incertitude, notamment celle associée à la prévision météorologique et celle associée à la structure des modèles hydrologiques. Il nous semble donc prioritaire de continuer à explorer davantage cette approche combinatoire.

Un des aspects les plus importants pour la conception et le dimensionnement des chaussées est le module élastique ou réversible (MR) qui permet de caractériser le comportement mécanique des matériaux nécessaire pour le dimensionnement d'une chaussée (AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officiais 1986). Le module de chacune des couches associé à son épaisseur permet de définir une structure dite multicouche pour laquelle il est possible de modéliser le comportement contrainte-déformation sous charge. Par contre, en considérant la complexité de l'essai de MR et le coût des équipements requis pour le mesurer, le développement de méthodes d'estimation simples, précises et spécifiques au matériau considéré faciliterait la mise en application d'outils de conception mécanistes-empiriques au Canada. Ce projet a donc comme objectif le développement d'un modèle d'estimation du MR des matériaux granulaires de chaussées adaptés aux matériaux du canadiens. La valeur du MR dépend d'un grand nombre de paramètres. Cette approche de prédiction considère des variables liées à la teneur en eau, la granulométrie et la densité des matériaux granulaires pour l'estimation des constantes C₁ et C₂ du modèle linéaire MR = cls[thêta] + c2s + [delta]MR. Un total de 25 matériaux granulaires de différentes régions de Canada a été considéré pour le développement de ce modèle. En conclusion ce modèle d'estimation du MR des matériaux granulaires fournit une première approximation statistiquement significative en comparaison aux approximations utilisées actuellement au Québec. De plus, il est possible de trouver le MR à n'importe quel degré de saturation, avec l'inclusion du [delta]MR dans l'équation du MR. Ce modèle de prédiction est une approximation très intéressante et simple, puisque dans le but de trouver la valeur du MR, il permet d'éviter la réalisation d'un essai triaxial cyclique complexe et coûteux en ne réalisant que des essais standards.

Ce mémoire regroupe en grande partie les informations relatives à un projet de maîtrise de la Chaire de Recherche en eau potable de l'Université Laval. Son objectif principal est de développer un outil de prédiction des concentrations en chlore résiduel libre (CCRL) sur plusieurs quartiers de la Ville de Québec à l'aide d'un modèle hydraulique. Plusieurs campagnes d'échantillonnage ont été réalisées durant l'année 2009 afin de mesurer les CCRL et d'étudier leurs variations spatiale et saisonnière. Un modèle calé sur une étude au traceur a permis de connaître les temps de séjour de l'eau (TDS), l'un des paramètres clefs de la cinétique de dégradation du chlore libre en réseau de distribution. Il a été observé que d'autres paramètres coimne les indicateurs de matière organique naturelle (MON), la température de l'eau ou l'âge des conduites ont une influence sur cette cinétique; un modèle a été élaboré en conséquence. Ce modèle a permis de rendre compte du lien étroit entre les TDS et les CCRL ainsi que des zones à faibles CCRL où la vulnérabilité du consommateur est plus forte.

La réparation des structures en béton est en plein essor. Utilisées majoritairement pour pallier à des défaillances d'ordre esthétique et fonctionnel, les réparations peuvent compenser des dysfonctions structurales. Cependant, les connaissances sur la participation des réparations au comportement structural des ouvrages sont majoritairement empiriques. L'objectif principal de ce projet est de donner une base scientifique fiable permettant de choisir des matériaux et des techniques de réparation pour des éléments structuraux chargés axialement comme les colonnes. Plus spécifiquement, le projet est approché selon une utilisation combinée de la modélisation et de l'expérimentation. Le but est ainsi d'évaluer la distribution de la charge à l'intérieur de la colonne (substrat + réparation) en faisant varier les conditions aux limites (préchargement, géométrie de la réparation) pour analyser l'influence des propriétés de base des matériaux de réparation (rigidité) sur la répartition des contraintes. Ainsi, dans la première phase du projet, une analyse numérique a été réalisée pour examiner l'influence des principaux paramètres (taille de la réparation, type de béton, épaisseur de la réparation) et pour guider le plan expérimental. Dans la seconde phase du projet, 36 colonnes ont été fabriquées en laboratoire et réparées par la suite avec cinq différents matériaux de réparation choisis principalement pour leur rigidité. Une fois instrumentées, les colonnes ont été testées sur une presse asservie hydrauliquement. L'analyse qui s'ensuit révèle une concordance des résultats numériques et expérimentaux. Les conclusions principales de l'étude montrent que le type de transfert de charge vers la réparation influence le comportement mécanique du système réparé. En effet, la rigidité de la réparation semble être un paramètre influent pour les réparations en contact uniquement par l'adhérence avec le support. Pour ce type de réparation, les réparations rigides et épaisses sont défavorables sur le comportement mécanique du système global. Mots clés : Béton, capacité structurale, colonne, compression, MEF, propriétés mécaniques, réparation

Cette thèse porte sur l'étude des caractéristiques réactives de la matière organique résiduelle (ROM) présente dans l'eau potable circulant dans un réseau de distribution. Le cas à l'étude est l'eau distribuée dans un réseau d'aqueduc de la Ville de Québec (Canada). La thèse est divisée en quatre volets. Le premier fait une revue de la littérature sur les origines de la matière organique naturelle (NOM), sur l'impact des conditions environnementales d'un écosystème lacustre, sur ses caractéristiques et son devenir tout au long de la filière de production d'eau potable. Elle fait également état des mécanismes et des processus pouvant affecter le devenir de la ROM lors de son séjour dans le réseau de distribution. Le second volet s'intéresse au portrait des caractéristiques réactives de la ROM en fonction de ses fractions constitutives. Il met en perspective l'impact des conditions opérationnelles sur les propriétés de la ROM. Les résultats démontrent que les différentes fractions constituant la ROM ont des caractéristiques réactives qui leur sont propres. Il s'avère que le regroupement de ces fractions engendre un effet de compétition entre elles, lorsque la ROM réagit avec le chlore. Les réactions qui se produisent en l'absence de compétition montrent que la matière organique hydrophile est un précurseur important de sous-produits de la désinfection. Le troisième volet traite de l'impact des saisons sur les caractéristiques réactives des fractions de la ROM dans l'eau de l'extrémité du réseau de distribution, selon les conditions de chloration, et sur les caractéristiques de la NOM ainsi que sur la capacité de la filière de traitement d'abattre celle-ci. Ainsi, on observe que la ROM présente à l'extrémité du réseau d'aqueduc présente un maximum de réactivité à l'automne et au printemps et un minimum de réactivité en été et en hiver. Le dernier volet présente l'évolution de la réactivité de la ROM dans le réseau. Plus spécifiquement, il vérifie l'impact du temps de séjour sur les caractéristiques réactives de la ROM. Les résultats présentés confirment que toutes les fractions de la ROM de la ROM. Les résultats présentés confirment que toutes les fractions de la ROM possèdent encore de bonnes habiletés à produire des sous-produits de la chloration et qu'elles sont peu ou pas affectées par le temps de séjour de l'eau à l'intérieur du réseau de distribution, et ce, comparativement à l'impact que peut avoir la post-chloration. / This thesis presents a study of the reactive characteristics of the remaining organic matter (ROM) found in water distribution systems. The case under study is the main distribution system of Quebec City. The thesis is divided into four chapters. The first one is a literature review on the origin of natural organic matter (NOM), the impact of the lacustrian environmental conditions on NOM characteristics and the fate of NOM within the water treatment process. This review also highlights the mechanisms and the processes that may impact ROM fate into the pipes. The second chapter focuses on the portrait of ROM reactivity on the basis of its constitutive fractions (e.g. hydrophobic, transphilic and hydrophilic). This portrait emphasizes how operational conditions, such as pH and applied chlorine dose, may impact characteristics of ROM and its fractions. The collected data show that ROM fractions have specific reactivity of their own. The gathering of ROM fractions leads to competitive reactions while ROM is reacting with chlorine.. In the absence of these competitive reactions, the results show that ROM hydrophilic fraction is a major disinfection by-product precursor. The third chapter investigates the seasonal portrait, through fractionation and variable chlorination conditions, of the NOM reactivity at the end of the distribution system. It highlights the impact of the seasons on NOM characteristics and on the efficiency of the treatment process. The results show that the ROM within the distribution system exhibits a higher reactivity during Fall and Spring, than during Summer and Winter. Furthermore, each ROM fraction has a specific seasonal reactivity pattern according to the chlorination conditions. The last chapter studies the evolution of ROM characteristics along the water distribution system. More specifically, the fourth chapter evaluates the impact of water residence time on the ROM reactivity. According to the collected data, ROM still has the ability to generate disinfection byproducts, regardless of the location in the distribution system. Furthermore, compared to the impact of post-chlorination on ROM reactivity, this ability does not appear to be affected in a significant way by the water residence time in the distribution system.

Les ciments d'aluminates de calcium (CACs) constituent un type de liant bien particulier. Présentant un durcissement rapide, ils sont aussi très résistants face aux sulfates et aux hautes températures. Ces intéressantes propriétés leur confèrent un avantage dans des domaines d'application bien précis comme les réparations rapides, les dallages industriels et l'industrie réfractaire. Ces excellentes caractéristiques mécaniques et chimiques sont associées à un mécanisme d'hydratation très particulier. En effet, les produits formés suite au contact entre l'eau et un ciment CAC sont fonction de la température atteinte pendant le durcissement et peuvent être de plusieurs formes : CAH₁₀, C₂AH₈, et C₃AH₆. Certains de ces hydrates sont dits métastables, c'est à dire qu'ils sont destinés à changer de forme selon l'évolution des conditions thermiques et hydriques du matériau. Ce phénomène, appelé la "conversion", est responsable d'une diminution des résistances mécaniques du béton durci. Quelques effondrements de structure survenus en Angleterre dans les années 1970 ont été attribués à cette conversion, laissant des aprioris négatifs sur les ciments alumineux. Maintenant que ce phénomène est mieux compris, il est plus facile de planifier et concevoir des ouvrages tout en tenant compte de cette conversion, et ainsi mieux prédire les caractéristiques d'un béton de CACs. La procédure actuelle visant à déterminer leur résistance en compression minimale nécessite l'immersion immédiate du béton frais, dans des éprouvettes scellées, à 38 °C pour une durée de 5 jours. Contraignante sur un chantier, cette procédure apparaît comme une limite à l'utilisation plus régulière des ciments alumineux en génie civil. L'objectif principal de ce projet est donc d'élaborer une nouvelle procédure d'évaluation de la résistance en compression d'un CACs, plus facile à réaliser en chantier. L'approche souhaitée est d'envoyer les éprouvettes au laboratoire, après les premières 24 heures de durcissement, qui se déroulent dans les conditions environnementales inconnues du chantier ; afin de leur faire subir une cure qui permettrait de connaître la résistance minimum garantie du béton de CACs mis en place. Un objectif secondaire de cette étude est ainsi d'établir l'influence des conditions initiales de cure (0-24 heures) sur la conversion de phase. Dans un second temps, le but à atteindre est de caractériser le comportement en compression dans le temps d'un nouveau liant, le ciment "LBC". L'impact du changement de certains paramètres de base (ratio E/C, type de granulats, températures des matériaux et adjuvantation) est aussi étudié. L'étude de différentes températures de cure démontre que plus elles sont élevées, plus la conversion survient rapidement. Pour le Ciment Fondu, elle se produit en 120 jours à 23 °C, en 14 jours à 38 °C et enfin en 1 à 2 jours de cure dans un environnement à 50 °C. Peu importe le traitement thermique et l'état d'hydratation initial (premières 24 heures), la résistance à long terme après conversion est similaire. Pour le liant LBC, les chutes de résistances associées à la conversion sont moins importantes que pour le Ciment Fondu, et les gains de résistances à long terme sont observés dans le cas des cures où les éprouvettes sont immergées dans l'eau.

Cette thèse a pour objectif d'améliorer la compréhension et les connaissances des problèmes liés à l'occurrence de molécules odorantes présentes dans les eaux brutes et les eaux traitées. Les cas à l'étude sont trois réseaux d'eaux potables dans les villes de Québec et Lévis (Canada). Cette thèse est divisée en quatre chapitres: Le premier chapitre porte sur la mise au point d'une méthode d'analyse pour détecter certaines molécules odorantes. Il introduit une nouvelle méthode analytique pour quantifier cinq composés odorants: géosmine, 2-méthylisobornéol, 2-isopropyl-3-méthoxypyrazine, 2-isobutyl-3-méthoxypyrazine et 2, 4, 6-trichloroanisole. Cette méthode utilise une micro-extraction sur phase solide en espace de tête, combinée à une analyse chromatographique en phase gazeuse (CG) et un spectromètre de masse (SM), de type trappe ionique. La double fragmentation (tandem SM/SM) a été optimisée pour les composés ciblés. Cette méthode a permis d'obtenir des limites de détection inférieures à 1 ngL"1. Elle a été appliquée avec succès pour l'analyse des composés conférant des odeurs de "terre et moisi" aux sources d'eaux municipales, riches en matières organiques, ainsi qu'aux eaux traitées correspondantes. Le second chapitre concerne les relations entre deux composés odorants (géosmine et 2-méthylisobornéol) et 39 paramètres de qualité d'eau (chimiques, physiques et microbiologiques) dans trois sources d'alimentations très différentes en termes de qualité, lesquelles alimentent en eau potable les villes de Québec et Lévis (Canada). Cette étude a été menée par analyse en composantes principales (ACP). L'objectif de cette étude a été de montrer qu'une approche multidmensionnelle par analyse en composantes principales utilisant la matrice des composantes permettait de différencier les processus à l'origine de l'occurrence de ces composés odorants, de ceux qui n'en étaient pas ou peu la cause et ainsi d'extraire les variables les plus représentatives de ces processus. Le troisième chapitre se focalise sur la modélisation des concentrations de géosmine dans les eaux brutes par des méthodes linéaires et non-linéaires telles que : la régression linéaire multiple, la régression par composantes principales et les réseaux de neurones artificiels. Les méthodes de sélection des variables ont également fait l'objet d'une étude: "pas à pas", d'analyse de sensibilité, d'analyse en composantes principales. Le développement d'outils d'aide à la décision pour de telles problématiques semble une solution rapide et économique pour le remplacement des méthodes analytiques. Le quatrième et dernier chapitre porte sur l'évolution spatiale et temporelle des concentrations de géosmine et 2-méthylisobornéol dans les eaux brutes, les eaux en cours de traitement en usine et les eaux potables des villes de Lévis et Québec. Une attention particulière a été donnée à l'enlèvement des ces deux molécules par les procédés de clarification et d'ozonation ainsi qu'au devenir de ces molécules dans les réseaux d'eaux potables.

L'arrivée des nouvelles technologies et des ordinateurs en plus des problématiques grandissantes reliées à la qualité de l'eau ont fait que le monitorage dans le domaine de la qualité de l'eau a littéralement explosé au cours des dernières décennies. Le monitorage consiste à effectuer le suivi d'un système et de faire la conservation des données récoltées. Il est habituellement réalisé à l'aide de capteurs. Ces derniers peuvent générer une importante quantité de données. Dans certains cas, la fréquence d'échantillonnage peut atteindre plusieurs mesures à la seconde. Nonobstant la quantité de données recueillies, il faut en connaître la qualité afin de les utiliser. Quels sont les outils disponibles pour caractériser les capteurs? Quelles informations fournissent-ils? Est-ce que ces dernières sont suffisantes? Certains protocoles pour évaluer la performance des capteurs sont disponibles. Le protocole ISO 15839:2003, Qualité de l'eau - Matériel d'analyse/capteurs directs pour l'eau - Spécifications et essais de performance, est le plus complet à ce jour. Il permet d'évaluer la performance des capteurs sous des conditions de laboratoire. Néanmoins, est-ce que de soumettre les capteurs à ce protocole permet aux usagers de choisir le capteur le plus approprié? Afin de répondre à cette question, la première étape de l'étude consistait à passer en revue les capteurs selon les technologies disponibles sur le marché. L'accent fut mis sur les substances suivantes : nitrate, nitrite, ammonium, phosphore, oxygène dissout et la turbidité. La revue a révélé que les fabricants ne fournissent pas ou très peu de spécifications découlant du protocole ISO 15839:2003. La deuxième étape fut de procéder à une revue critique du protocole ISO 15839:2003 afin de faire ressortir les raisons pour lesquelles les fabricants n'en fournissent pas les spécifications et de vérifier si ces dernières sont adéquates pour choisir le bon capteur pour une application précise. Les spécifications résultant de l'application du protocole ISO 15839:2003 et la façon dont elles sont présentées ne permettent pas aux usagers de choisir le capteur le plus approprié pour leur application. Le protocole devrait davantage être orienté sur les besoins des usagers plutôt que sur ceux des fabricants. À l'instar des profiles d'exactitudes (Hubert et al., 2004), le protocole ISO 15839:2003 devrait chercher davantage à présenter lesrésultats sous forme graphique. Le protocole ISO 15839:2003 procure les spécifications des capteurs sous des conditions de laboratoire, mais il contient aussi une section traitant des spécifications sous des conditions de terrain (field conditions). Toutefois, les résultats sont subordonnés au temps et à l'emplacement où les tests sont effectués, ce qui rend impossible la comparaison des résultats provenant de différents capteurs. La revue de littérature a démontré la nécessité de développer un protocole de tests se faisant sous des conditions de terrain reproduites de façon standard. Deux interférences rencontrées sur le terrain furent reproduites en laboratoire : la turbidité ainsi que les bulles d'air retrouvées dans les bassins d'aération des usines de traitement des eaux usées. Les résultats ont démontré que ces deux interférences amplifient le bruit de mesure et génèrent un biais. En quantifiant le bruit de mesure et le biais les capteurs peuvent être comparés, ce qui permet aux usagers de sélectionner le capteur le plus approprié.

Le revêtement d'une cuve d'électrolyse est constitué en grande partie de matériaux à base de carbone. La caractérisation thermomécanique de ces matériaux est essentielle afin de modéliser leur comportement lors du préchauffage et en phase de production d'aluminium. Une vaste étude expérimentale a ainsi été élaborée afin de caractériser les cathodes de carbone et se veut une collaboration entre l'Université Laval et Carbone Savoie. Cette étude porte sur la détermination du module d'Young et de l'en-dommagemciit et ce, pour des températures allant de 25°C à 1000'C. Les échantillons cylindriques utilisés ont un diamètre de 50 mm, soit des échantillons de très grandes tailles considérant les contraintes techniques dans un contexte de caractérisation à haute température. Ce mémoire présente donc les résultats obtenus sur des échantillons de cathode de type graphitique pour des températures allant de la température ambiante jusqu'à la température d'opération.

Les démarches entreprises pour ce travail s’inscrivent dans un vaste programme de recherche visant à l’élaboration d’un guide complet sur la conception, la construction et l’entretien de routes non revêtues en contexte climatique nordique canadien. La poussière qui s’échappe des chemins et routes locales non revêtus par temps sec est une source importante de particules fines dans l’air qui a de nombreuses répercussions environnementales et socio-économiques. En effet, ces particules sont la cause de pollution atmosphérique, elles réduisent la visibilité des conducteurs en plus d’avoir une incidence néfaste sur la santé des usagers. Une grande variété de produits abat-poussière servant à contrôler ce phénomène est actuellement offert sur le marché. Ce travail de recherche porte sur la performance de chaussées non revêtues traitées par abat-poussière dans le contexte climatique nordique canadien. Il inclut notamment une partie expérimentale de terrain qui se déroule sur deux routes forestières du Québec. La nature des produits à l’essai est très diversifiée de même que les critères d’évaluation de performance des chaussées qui couvrent la poussière générée, l’état de la surface de roulement et les impacts environnementaux. Ces critères ont été évalués de façon qualitative et quantitative sur une période de deux ans. Le concept du cycle de vie est également abordé afin de développer un outil d’analyse basé sur les résultats de terrain. Les résultats obtenus révèlent que la famille des produits hygroscopiques est la mieux adaptée au contexte climatique nordique canadien. Le choix final du produit devrait être fait selon les contraintes économiques et environnementales du site d’application. L’analyse du cycle de vie d’une route non revêtue a permis de déterminer que l’utilisation d’un produit abat-poussière et stabilisant réduit les frais d’exploitation ainsi que les émissions polluantes générées. / Conclusions obtained from this research project will be supplemented to a guide which will consider all the relevant parameters in the establishment of design, construction and maintenance guidelines on unpaved roads in northern locations. Dust generation from unpaved roads is a great source of airborne particles which can have environmental as well as economic impacts. These particles are a driving hazard to motorists using the road and are also the cause of many health problems. In addition to atmospheric pollution, the generation of dust also leads to loss of aggregate and road surface deterioration. A wide range of dust suppressants are commercially available to help control this problem. This research project covers the performance of unpaved roads treated with dust suppressant in a northern context. Field testing was conducted on two different forest roads in Québec over a two-year period. Several dust suppressants were evaluated through different criteria of performance including dust abatement, road condition and environmental impacts. Qualitative and quantitative methods were used in order to evaluate those performance criterias. The concept of life-cycle assessment was also studied in order to develop an analysis tool for the design and maintenance of unpaved roads. Study results show hygroscopic products will offer a better performance in the Northern Canada context. The selection of the appropriate salt or brine should be made according to the economic and environmental limitations of the location. The life-cycle analysis of an unpaved road allowed us to establish that the use of a dust suppressant or a soil stabilizer will help reducing the costs of operation and the release of chemicals and particulates into the atmosphere.