Les nombreux avantages de l’acier haute-performance (HPS) ont suscité un grand intérêt pour les structures de ponts aux États-Unis. Il pourrait être aussi bénéfique d’introduire ce matériau moderne au Canada, mais la résistance en fatigue et la viabilité économique n’ont pas été bien caractérisées. Dans le cadre d’un projet de pont spécifique au Canada, un détail critique en fatigue sur une poutre d’acier hybride a été identifié et reproduit à l’échelle réelle. Un programme expérimental a permis de tester quatre (4) échantillons afin de comparer leur résistance avec la norme CAN/CSA (2006). Considérant un nombre de données insuffisantes pour l’instant, il n’est statistiquement pas possible de juger de la réelle résistance en fatigue du détail ciblé. Une étude de coûts a également été complétée. Selon les configurations étudiées, les économies peuvent atteindre 6% à 20% seulement par l’utilisation de poutres hybrides avec HPS, comparativement à des poutres d’acier conventionnelles. / The numerous benefits of high performance steel (HPS) raised great interest in bridge structures in the United States. It could be as positive to introduce this modern material in Canada, but the fatigue resistance and economic have not been well characterized. As part of a specific bridge project in Quebec, a critical fatigue detail on a hybrid steel girder has been identified and reproduced to scale. An experimental program was used to test four (4) samples to compare their fatigue strength with CAN/CSA (2006). Considering the insufficient number of data for the moment, is it statistically impossible to specify the actual fatigue resistance of the target detail. A cost study was also conducted. According to the configurations studied, the savings can reach 6% to 20% only by the use of hybrid girders system with HPS, compared to conventional steel girders.

Les stations de mesure automatiques sont utilisées pour suivre et contrôler des usines de traitement des eaux usées. Ce suivi en continu à haute fréquence est devenu indispensable afin de réduire les impacts négatifs sur l’environnement car les caractéristiques de l’eau varient rapidement dans l’espace et dans le temps. Toutefois, même s’il y a eu des progrès considérables, ces dernières années, de la technologie de mesure, les instruments sont encore chers. Aussi des problèmes de colmatage, d’encrassement ou de mauvaise calibration sont assez fréquents à cause du contact avec les eaux usées. La fiabilité des mesures en ligne et en continu est affectée négativement. Par conséquent, un bon entretien des instruments est essentiel, ainsi que la validation des données collectées, afin de détecter d’éventuelles valeurs aberrantes. Dans le contexte de ce mémoire, en collaboration avec Bionest®, une méthodologie est proposée pour attaquer ces problèmes. Deux cas d’études en étangs aérés au Québec ont été considérés, avec l’objectif d’optimiser les activités d’entretien, de réduire les données non fiables et d’obtenir des grandes séries de données représentatives. / Automated monitoring stations have been used to monitor and control wastewater treatment plants. Their capability to monitor at high frequency has become essential to reduce the negative impacts to the environment since the wastewater characteristics have an elevated spatial and time variability. Over the last few years, the technology used to build these automatic monitoring stations, for example the sensors, has been improved. However, the instrumentation is still expensive. Also, in wastewater uses, basic problems like fouling, bad calibration or clogging are frequently affecting the reliability of the continuous on-line measurements. Thus, a good maintenance of the instruments, as well as a validation of the collected data to detect faults is required. In the context of this thesis, in collaboration with Bionest®, a methodology has been developed to deal with these problems for two facultative/aerated lagoon case studies in Québec, with the objective of optimizing the maintenance activities, of reducing the fraction of unreliable data and of obtaining large representative data series.

Cette étude porte sur la caractérisation de la matière organique dans les eaux naturelles et traitées avec la technique de spectroscopie de fluorescence 3D. Au total, deux usines ont été étudiées entre 2009 et 2011: Usine du Secteur-centre de la ville de Québec, Usine de traitement des eaux potables de Victoriaville. Les paramètres de qualité d’eau mesurés sont la turbidité à l’eau brute, l’absorptivité UV, le carbone organique dissous, le carbone organique dissous biodégradable et la fluorescence. Cette étude utilise la fluorescence afin de démontrer son potentiel pour suivre les variations de la nature de la MON dans une source d’eau de surface et en cours de traitement. Les données de fluorescence ont été analysées par deux méthodes: par pic (maximums locaux) et par déconvolution 3D en fluorophores unitaires (Parallel factor analysis – PARAFAC). La fluorescence s’avère un outil utile pour évaluer l’efficacité du traitement. / This study focuses on the characterization with fluorescence spectroscopy of the organic matter in natural and treated waters. In this study, two Drinking Water Treament Plants (DWTP) were studied between 2009 and 2011: DWTP of Quebec City, DWTP of Victoriaville. The main parameters to monitor water quality are raw water turbidity, UV absorbance, dissolved organic carbon, biodegradable dissolved organic carbon and fluorescence. Fluorescence spectroscopy is a simple and rapid technique that requires very little sample preparation and that can help in monitoring the organic matter through treatment, specifically some fractions such as humic acids, fulvic acids and amino acids associated with proteins as tryptophan and tyrosine. Fluorescence could also be used to monitor continuously in DWTP and be a good indicator of the effectiveness of treatment.

L’apport de chaleur induit par les constructions routières est susceptible d’affecter le régime thermique du pergélisol sous-jacent et de causer des dommages importants. Sur l’Alaska Highway au Yukon (Canada), des problèmes d’instabilités sont fréquemment observés et certains sont localisés aux abords des ponceaux. En autorisant la libre circulation de l’air et de l’eau à travers une conduite, des perturbations thermiques additionnelles sont infligées au sol environnant. De plus, une mauvaise gestion du drainage de l’eau aux abords des ouvrages aggrave la sévérité des instabilités. Afin de documenter ces perturbations, deux ponceaux ont été instrumentés sur l’Alaska Highway au Yukon. Le premier est situé au site expérimental de Beaver Creek; le deuxième est proche de la frontière avec l’Alaska. Les températures du sol autour des ponceaux et la température de l’air dans les ponceaux ont été enregistrées pendant une année; tandis que la température de l’eau et le débit ont été enregistrés pendant deux printemps et étés. La collecte de ces données a permis de concevoir un modèle 2D sur le logiciel TEMP/W représentant le remblai et le ponceau de Beaver Creek. En parallèle, les données ont servi à valider un modèle mathématique établi basé sur des principes physiques. Ce modèle permet de calculer le flux de chaleur transmis au sol en fonction du débit et de la température de l’eau. Par la suite, des simulations de variation de débit et de température de l’eau ont été appliquées dans le modèle mathématique. Les différents flux de chaleur correspondants ont été appliqués sur le modèle thermique 2D afin de déterminer l’influence du débit et de la température de l’eau sur les températures du sol sous le ponceau. Des simulations similaires ont été conduites en faisant varier des paramètres de conception comme la présence ou non de l’isolant. Ce mémoire présente donc trois objectifs principaux; 1) l’amélioration des connaissances relatives à l’effet de la circulation de l’eau à travers un ponceau sur le régime thermique du sol sous-jacent; 2) la documentation sur le régime thermique autour de ponceaux routiers; et 3) l’étude de l’influence du débit et de la température de l’eau sur la stabilité thermique du sol. Finalement, une méthode de conception de système de drainage, permettant de limiter l’impact d’un ponceau sur la profondeur de dégel du sol sous-jacent, est présentée dans le présent mémoire. / Heat sources induced by road construction are likely to affect the thermal regime of underlying permafrost and cause significant damage. On the Alaska Highway in Yukon (Canada), instability problems have been observed and some are located close to culverts. Culverts allow free water and air circulation through the buried pipe. Thus, additional thermal disturbances occur at that location. In addition, poor water management around the embankment exacerbates instabilities. To document these disturbances, two culverts were monitored; one is located at the Beaver Creek test site and the second is close to the U.S Border. Air temperature within and soil temperatures around the culverts were recorded for one year, while water temperature and flow rate were recorded during two thawing seasons. The data collection allowed the design of a 2D model in TEMP/W representing thermal conditions around the Beaver Creek culvert. Then, these data were used to validate an established mathematical model based on the physical principles of heat transfer. The mathematical model calculates the heat flux transmitted to the ground as a function of water temperature and flow rate. Subsequently, variations of flow rate and water temperature were applied to the mathematical model. The corresponding heat fluxes were applied to the 2D thermal model in TEMP/W to determine the influence of flow rate and water temperature on soil temperatures below the culvert. Similar simulations were conducted with design parameters, such as the presence or absence of the insulation. This thesis 1) enhanced knowledge of the effects of flow rate and water temperature through a culvert on the soil thermal regime; 2) documented the thermal regime around culverts; and 3) studied the influence of flow rate and water temperature on the thermal regime. Finally, a drainage system design method is presented which aims to minimize the impact of a culvert on the thaw depth.

Le lac Saint-Augustin a muté en un lac hypereutrophe riche en phosphore puisqu’il était, pendant les dernières décennies, victime de rejets de déchets agricoles et urbains. De même, la qualité de l’eau a été victime du recours massif aux sels de déglaçage (NaCl) qui avaient pour but d’entretenir l’autoroute - 40 (Félix Leclerc) pendant les périodes de gel et ce depuis sa construction en 1974. Le lac en question est alimenté, essentiellement, par l’écoulement des eaux souterraines dans des sédiments fluvioglaciaires. Ce flux hydrique suit la direction NW-SE sur la rive nord du lac en-dessous d’un tronçon approximatif de 2 Km de l’autoroute Félix Leclerc. Ainsi, cet écoulement apporte les sels dissous aussi bien dans les eaux souterraines que dans celles du lac. La caractérisation de cet écoulement a montré que le débit annuel des eaux souterraines en direction du lac représentait 8 % du volume annuel emmagasiné dans l’aquifère du bassin versant du lac Saint-Augustin. Il est à mentionner qu’une grande partie de ce volume est déversé, évidemment, dans des endroits autres que le lac. Le suivi de la qualité des eaux souterraines, au cours de l’année 2013, au niveau de plusieurs points d’échantillonnage a révélé qu’elles étaient contaminées par les sels de déglaçage puisque la conductivité spécifique à 25 °C et les concentrations en sels dépassaient les seuils recommandés par le MDDEFP. Deux faciès chimiques caractérisaient ces eaux. L’un était bicarbonaté-calcique et l’autre était chloruré-sodique. En outre, un bilan de masse a été élaboré. Il avait comme cible d’estimer le transport des sels vers le lac. Ce bilan a permis de conclure que la masse annuelle du chlorure dans les eaux souterraines était deux fois supérieure à celle du sodium. Cet appauvrissement est généré par des réactions d’échanges de base qui s’effectuent entre le calcium et le sodium existant dans les sols environnants. Les masses de ces sels subissent des processus de dilution dans les eaux souterraines et dans le lac. Toutefois, des impacts à long terme peuvent représenter des dangers et devraient être examinés. / The lake Saint-Augustin has mutated into an hyper-eutrophic lake rich in phosphorus as it was during the last decades rejection victim of agricultural and urban waste. Similarly, the water quality has been the victim of massive use of road salt (NaCl) which aimed to maintain the highway - 40 (Felix Leclerc) during periods of frost and since its construction in 1974. The lake in question is powered mainly by the groundwater flow in glaciofluvial sediments. This water flow follows the NW-SE direction on the north shore of the lake below approximately 2 Km stretch of Highway Felix Leclerc. Thus, this flow brings dissolved salts as well in groundwater than in the lake. The characterization of this flow showed that the annual flow of groundwater towards the lake accounted for 8% of the annual volume stored in the aquifer of the lake Saint- Augustin watershed. It should be mentioned that a large part of this volume is discharged obviously in locations other than the lake. The monitoring of groundwater quality, in 2013, at several sampling points revealed that they were contaminated with road salt as the specific conductivity at 25° C and salt concentrations exceeded the thresholds recommended by the MDDEFP. Two chemical facies characterized these waters. One was bicarbonate-calcium and the other was a chloride-sodium. In addition, a mass balance has been developed. He had a target to estimate the transport of salts to the lake. The review concluded that the annual mass of chloride in groundwater was twice that of sodium. This depletion is generated by reactions of basic exchanges were effected between calcium and sodium in the existing surrounding soils. The masses of these salts undergo dilution process in groundwater and lake. However, long-term impacts may represent hazards and should be reviewed.