Un projet de recherche de trois ans a été mis sur pied afin d’étudier l’amortissement, les vitesses des ondes de cisaillement et la résistance au cisaillement cyclique des argiles des mers post-glaciaire de l’est de l’Amérique du Nord. Cette maîtrise se situe dans la partie 1 du projet visant «la caractérisation des sols cohérents des sites et l’étude du comportement mécanique des argiles du site 1 et 2 sous sollicitation cyclique». Pour ce faire, les propriétés caractéristiques des trois sites (Outardes-2, Kinburn et Breckenridge) ont été déterminées en laboratoire. Les dépôts du site 1 : Outardes-2 proviennent de la mer de Goldthwait tandis que les dépôts des sites 2 et 3 : Kinburn et Breckenridge, proviennent de la mer de Champlain. Les caractéristiques physiques des matériaux ont été comparées avec les propriétés physiques typiques des argiles de l’est du Canada présentées par Leroueil et coll., (1983). En plus, le comportement sous sollicitation statique des sites 1 et 2 a été étudié en laboratoire à l’aide d’essais de cisaillement simple à volume constant (CSVC) statique et d’essais de cisaillement triaxial CIU. Les résultats de ces essais ont mis en évidence que les deux sites ont un comportement similaire qui est caractéristique des argiles de l’est du Canada. Le programme d’essais CSVC cyclique de laboratoire a permit de caractériser le comportement sous sollicitation cyclique de deux sols argileux de l’est du Canada. Les résultats ont permit de mettre en évidence des similitudes de comportement des deux sites. Ils ont permit également de mettre en évidence une plage de résistance cyclique des sols à grains fins des mers post-glaciaire de l’est de l’Amérique du Nord.

Dans un contexte climatique rigoureux comme celui du Québec, l’interaction entre la charge et le climat a une grande influence sur la performance des structures de chaussées flexibles (Doré et Zubeck, 2009). Pendant le dégel printanier, avec la fonte de la glace, la chaussée s’affaiblit et cet affaiblissement la rend vulnérable à la sollicitation par le trafic lourd ce qui accélère divers phénomènes de dégradation, notamment l’endommagement par fatigue et l’orniérage structural (Farcette, 2010). Afin de minimiser les effets des charges lourdes sur une chaussée affaiblie lors du printemps, les administrations routières choisissent souvent de limiter les charges par essieu ou par véhicule lors du dégel. L’objectif de ce projet est de développer un outil d’aide pour la gestion des restrictions de charge en période de dégel en fonction des données recueillies par les stations de météo routière. Deux sections expérimentales composées des mêmes matériaux mais avec des épaisseurs d’enrobés bitumineux différentes situées au Site Expérimental Routier de l’Université Laval (SERUL) ont été utilisées pour ce projet. Pour bien interpréter le comportement des structures, des jauges de déformations verticales et horizontales, des jauges de contraintes, des jauges de teneur en eau et des thermistances ont été installées dans chaque couche. Pour solliciter mécaniquement la chaussée, un déflectomètre à masse tombante (FWD) a été utilisé. Les résultats obtenus ont permis de de bien comprendre les mécanismes d’affaiblissement de la chaussée durant la période de dégel. Ils ont aussi montré que l’application d’une période de restriction de charge pendant la période de dégel permettait d’avoir un gain sur la durée de vie de la chaussée, cette période de restriction est donc justifiée et efficace. Néanmoins, pour une meilleure gestion du réseau routier, de nouveaux critères pour mieux déterminer la période de restriction de charges sont proposés. / In strict climatic conditions such as in Quebec, the interaction between load and climate has a great influence on the performance of flexible pavement structures (Doré and Zubeck, 2009). During the spring thaw, when ice melts, the weakening of the pavement makes it vulnerable to solicitation by heavy traffic, speeding various phenomena of degradation, including fatigue damage and structural rutting (Farcette, 2010). In order to minimize the effects of heavy loads on a pavement weakened by the spring, road authorities often choose to limit axle loads or vehicle upon thawing. The purpose of this project is to develop a tool for load restrictions management in thaw period based on data gathered by the road weather stations. Two experimental sections built with the same material but with different thicknesses of asphalt concrete located at Laval University Experimental Road Site (SERUL) were used for this project. Each layer of the tested sections was instrumented with strain, stress, moisture, and temperature sensors. A falling weight deflectometer (FWD) was used to simulate heavy loads. The results obtained made it possible to understand the mechanisms of pavement weakening during the thaw. They also showed that the application of a load restriction period during the thaw allowed to have a gain on the life cycle, thus a load restriction period is justified and effective. Nevertheless, for better management of the road network, new criteria to better determine the load restriction period are proposed.

Une caractérisation géotechnique des sites d'étude de l'Isle-Verte et de Notre-Dame-des-Neiges, dans le Bas-Saint-Laurent, a permis de définir les principales caractéristiques physiques, minéralogiques, mécaniques et hydrauliques des silts argileux constituant ce dépôt. Ces sites sont constitués d'une couche de consistance très raide à dure qui surmonte une couche de consistance raide, avec la présence d'une couche de transition entre celles-ci. L'unité supérieure est fortement surconsolidée et montre des teneurs en eau d'environ 20 %, associées à des indices de liquidité près de 0. L'unité inférieure présente des teneurs en eau d'environ 30 %, associées à des indices de liquidité qui augmente jusqu'à 0,8 en profondeur. Plusieurs indices indiquent que le sol de l'unité inférieure est normalement consolidé ou légèrement surconsolidé, dont un rapport SuV/'v0 de 0,20 et des rapports Bq entre 0,8 et 1,0. L'unité intermédiaire joue un rôle de transition entre les unités supérieure et inférieure, avec des caractéristiques qui varient graduellement entre les deux unités. De façon générale, l'ensemble du dépôt possède des indices des vides très faibles, notamment pour les unités supérieures et intermédiaires, qui sont associés à des indices de compression entre 0,1 et 0,25. Le mode de mise en place de ce dépôt pourrait expliquer ses caractéristiques géotechniques. Il est probable qu'une réavancée glaciaire entre 12 400 et 12 000 ans B.P. ait déplacé du matériau argileux situé à des élévations plus importantes pour ensuite le déposer sur du matériau argileux déjà présent à des élévations plus faibles. L'unité inférieure semble normalement consolidée, ce qui implique que le glacier était semi-flottant et que les sols argileux qui ont été déplacés étaient gelés et collés sous le glacier. L'hypothèse de la combinaison du gel et d'une surcharge pourrait expliquer le fort degré de surconsolidation et les IL très faibles de l'unité supérieure.

Avec le vieillissement des infrastructures routières au Québec, plusieurs ponts de courte portée devront être reconstruits à neuf au cours des prochaines années. La pratique usuelle est de les concevoir entièrement en béton ou en systèmes mixtes acier-béton. Toutefois, avec l’avancement de la recherche dans le domaine du bois, le système hybride bois-béton est envisageable. Le but est de tirer profit des avantages de chaque matériau en les disposant aux endroits appropriés. Le tablier du pont est constitué d’une dalle de béton qui agit en compression et protège des intempéries les poutres en bois lamellé-collé qui résistent en traction. L’enjeu est la capacité de lier efficacement ces deux matériaux pour qu’ils puissent reprendre les efforts dus aux charges de conception avec un glissement d’interface minimal. De nombreux chercheurs ont proposé diverses méthodes pour répondre à cette problématique. Les connecteurs locaux (vis, clous) sont moins rigides et se déforment beaucoup à l’ultime. À l’inverse, les connecteurs continus offrent une rigidité très élevée, de petits déplacements à rupture sans négliger la plasticité du système. Pour cette raison, le connecteur choisi est le HBV Shear, une mince bande d’acier de 90mm de hauteur perforée de trous de 10mm. Sa moitié inférieure est collée dans une fente pratiquée dans la poutre et la partie supérieure est immergée dans le béton. Pour caractériser le comportement du connecteur, dix essais en cisaillement simple ont été effectués. Ils ont permis de quantifier la rigidité et d’apprécier la ductilité qui s’installe dans le système par l’ajout de l’acier. Par la suite, six poutres hybrides simple de 4 m, deux systèmes à poutres double de 4m et deux poutres hybrides de 12m de portée ont été amenées à la rupture en flexion. Ces essais ont montré que le connecteur se brisait sous l’effort de manière ductile avant la rupture fragile de la poutre en bois. Les résultats ont aussi prouvé que les méthodes de calculs utilisées estiment correctement la séquence de rupture ainsi que le comportement du système avec une très grande efficacité. Finalement, un tablier de pont composite a été conçu pour résister aux efforts à l’ultime, en service et à long terme.

Cette thèse contribue au domaine des déformations post-construction des barrages en enrochement. D’abord, en étudiant le comportement in situ en compression de l’enrochement, il a été révélé que la compressibilité à court terme et la compressibilité en fonction du temps de l’enrochement sont reliés. De plus, la résistance à la compression simple (RCS) de la roche-mère et l’indice des vides de l’enrochement sont deux paramètres clés qui déterminent la compressibilité in situ de l’enrochement. Ainsi, ces paramètres, en plus du comportement des matériaux de remplissage pendant la construction (quantifiées par le module de déformation), ont été utilisés pour présenter des lignes de tendance pour prédire les déformations post-construction de différents types de barrages en enrochement. En considérant une base de données de 19 barrages en enrochement avec masque amont en béton et 22 barrages en enrochement zoné avec noyau en terre et en évaluant des tassements pendant et après la construction des lignes de tendance établissant un rapport entre les déformations post-construction et le comportement observé lors de la construction ont été développées. Dans les lignes directrices présentées, les tassements peuvent être obtenus séparément pour chacune des trois phases du cycle de vie des barrages : avant, pendant et après la mise en eau. De plus, le point zéro du temps pour les déformations en fonction du temps a été redéfini pour chaque phase. Lors du calcul des modules de déformation, les géométries de remblai ont été prises en compte en considérant un facteur de réduction pour les contraintes verticales à l'intérieur des remblais. Cette étude fournit une bonne base pour caractériser et estimer le comportement de l’enrochement pendant et après la construction des barrages en enrochement. Les tendances présentées montrent qu’en plus de surmonter les difficultés reliées aux méthodes actuelles (y compris les essais au laboratoire, les modélisations numériques, et des méthodes empiriques), les approches proposées sont précises et très pratiques. Cette recherche permet également une meilleure compréhension des mécanismes de déformation de l’enrochement. Outre l'utilisation de ces méthodes comme outils prédictifs des tassements, les relations présentées peuvent être utilisées afin de détecter un comportement atypique d'un barrage en enrochement au cours de sa durée de vie. / This thesis contributes to the area of post-construction deformations of rockfill dams. First, by studying the in-situ compression behavior of rockfill, it was revealed that the rockfill short-term compressibility and time-dependent compressibility are connected. Additionally, unconfined compressive strength (UCS) of parent rock and the rockfill void ratio are two key parameters that determine the in-situ (short-term and time-dependent) rockfill compressibilities. Thus, these parameters, besides the fill materials behavior during construction (quantified by defining deformation modulus) were used to present guidelines for predicting post-construction deformations of different types of rockfill dams. In other words, by gathering a comprehensive data base of 19 concrete face rockfill dams and 22 earth core rockfill dams and evaluating settlements during and after construction, trend lines were developed which relate the post-construction settlements to the observed behavior during construction. In the presented guidelines, settlements are obtainable separately for each of the three dams’ life cycle phases: before, during and after impoundment. Additionally, the time datum for time-dependent deformations was redefined for each phase. When calculating the material moduli, the embankment geometries were taken into account by introducing a reduction factor for vertical stresses inside embankments. This study provides a good framework for characterizing and estimating the behavior of rockfill during and after construction of embankments. The trend lines presented based on behavior of numerous rockfill dams show that, in addition to addressing some limitations of previous methods (including laboratory testing, numerical modeling, and empirical methods), the approach proposed for predicting post-construction settlements is accurate and highly practical. This research also permits a better understanding of rockfill deformation mechanisms. Apart from using the presented method for predictive purposes, the presented graphs can be used to distinguish unexpected settlement behavior of a rockfill dam during its post-construction lifespan.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Cette thèse s’inscrit dans le contexte d’une optimisation industrielle et économique des éléments de structure en BFUP permettant d’en garantir la ductilité au niveau structural, tout en ajustant la quantité de fibres et en optimisant le mode de fabrication. Le modèle développé décrit explicitement la participation du renfort fibré en traction au niveau local, en enchaînant une phase de comportement écrouissante suivie d’une phase adoucissante. La loi de comportement est fonction de la densité, de l’orientation des fibres vis-à-vis des directions principales de traction, de leur élancement et d’autres paramètres matériaux usuels liés aux fibres, à la matrice cimentaire et à leur interaction. L’orientation des fibres est prise en compte à partir d’une loi de probabilité normale à une ou deux variables permettant de reproduire n’importe quelle orientation obtenue à partir d’un calcul représentatif de la mise en oeuvre du BFUP frais ou renseignée par analyse expérimentale sur prototype. Enfin, le modèle reproduit la fissuration des BFUP sur le principe des modèles de fissures diffuses et tournantes. La loi de comportement est intégrée au sein d’un logiciel de calcul de structure par éléments finis, permettant de l’utiliser comme un outil prédictif de la fiabilité et de la ductilité globale d’éléments en BFUP. Deux campagnes expérimentales ont été effectuées, une à l’Université Laval de Québec et l’autre à l’Ifsttar, Marne-la-Vallée. La première permet de valider la capacité du modèle reproduire le comportement global sous des sollicitations typiques de traction et de flexion dans des éléments structurels simples pour lesquels l’orientation préférentielle des fibres a été renseignée par tomographie. La seconde campagne expérimentale démontre les capacités du modèle dans une démarche d’optimisation, pour la fabrication de plaques nervurées relativement complexes et présentant un intérêt industriel potentiel pour lesquels différentes modalités de fabrication et des BFUP plus ou moins fibrés ont été envisagés. Le contrôle de la répartition et de l’orientation des fibres a été réalisé à partir d’essais mécaniques sur prélèvements. Les prévisions du modèle ont été confrontées au comportement structurel global et à la ductilité mis en évidence expérimentalement. Le modèle a ainsi pu être qualifié vis-à-vis des méthodes analytiques usuelles de l’ingénierie, en prenant en compte la variabilité statistique. Des pistes d’amélioration et de complément de développement ont été identifiées. / This Ph.D. project has been prepared within the context of an industrial and economic optimisation of UHPFRC structural elements to ensure ductility at the structural level, while adjusting the amount of fibre and optimising the manufacturing process. The model developed explicitly describes the participation of local fibre reinforcement in tension, thanks to a hardening behaviour followed by a softening one. The constitutive law is a function of the local fibre content, of the fibre orientation with respect to tensile principal directions, of the fibre slenderness and other usual material parameters related to the fibres, the cementitious matrix and their interaction. The fibre orientation is taken into account using a normal probability distribution with one or two variables to reproduce any orientation either obtained from a representative simulation of casting fresh UHPFRC or informed by experimental analysis on prototypes. Lastly, the model reproduces the cracking of UHPFRC based on the principle of smeared rotating crack models. The constitutive law is implemented in a structural finite element software as a predictive tool of reliability and overall ductility of UHPFRC elements. Two experimental campaigns were carried out, one at Laval University in Québec and one at Ifsttar, Marne-la-Vallée. The first one is used to confirm the model ability to reproducethe overall behaviour under typical tensile and bending loads in simple structural elements for which the preferential fibre orientation was measured by microtomography. The second experimental campaign demonstrates the capabilities of the model, in an optimisation process, to help manufacture relatively complex ribbed triangular plates of industrial interest in which different manufacturing process and fibre volume have been considered. The identification of fibre distribution and orientation has been performed using mechanical tests on sawn samples. The model predictions have been compared to the global structural behaviour, and to the ductility demonstrated experimentally. The model could be qualified through comparison with conventional analytical engineering methods, taking into account the statistical variability. Improvement and additional developments have been identified.

Le projet de recherche a été réalisé dans le but premier de mettre à niveau, d'adapter et de rendre opérationnelle la méthode de Newmark pour les types de barrages et les types de séismes habituellement rencontrés au Québec. Pour ce faire, une Banque de Signaux Sismiques pour l'Est du Canada (BDSSEC), contenant 451 accélérogrammes, a été produite de même qu'un code de calcul permettant de calculer les déplacements permanents, par double intégration numérique, selon la méthode de Newmark. À partir d'analyses statistiques, des modèles prédictifs applicables au contexte sismologique de l'Est canadien ont été développés en considérant un comportement rigide-plastique (méthode dite du "bloc rigide") et un comportement viscoélastique linéaire équivalent (méthode dite "flexible"). La comparaison entre le nouveau modèle rigide-plastique pour l'Est avec ceux existants développés à partir de signaux de l'Ouest américain a montré que les déplacements permanents évalués pour l'Est peuvent être significativement inférieurs à ceux de l'Ouest pour des magnitudes et des distances épicentrales comparables compte tenu de leur contenu fréquentiel plus fort en hautes fréquences. Le modèle prédictif flexible a montré qu'il pouvait prédire des déplacements permanents du même ordre de grandeur que Makdisi et Seed (1977) et de Rathje et Antonakos (2011). Les déplacements permanents sont amplifiés par la méthode flexible comparativement à la méthode rigide principalement lorsque le ratio entre la période prédominante de l'ouvrage et la période moyenne de la sollicitation se situe autour de 1. Le second but consistait à tester l'applicabilité de la méthode du bruit de fond ambiant (H/V) comme outil expérimental pour estimer la période prédominante des barrages en remblai et en enrochement (Tp). Les études comparatives ont montré, de façon générale, une bonne concordance entre les calculs analytiques et les mesures expérimentales tant et aussi longtemps que les hypothèses à la base des modèles sont respectées.

Chaque état riverain du fleuve Sénégal fait face à des problèmes similaires de pénuries et de demandes croissantes en énergie. La production énergétique de la centrale de Manantali, seul aménagement hydroélectrique fonctionnel sur le bassin couvre moins de 18% des besoins. De même on note un besoin pressant de maitriser les affluents majeurs du fleuve pour réduire les impacts de la sècheresse et des fortes crues sur l’environnement et faciliter la pratique d’activité connexes telle l’irrigation et la navigation au niveau de la vallée et du delta. La gestion des ressources en eau reste donc un enjeu capital pour la croissance économique des états riverains du fleuve L’objectif à long terme de l’Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Sénégal (OMVS) est de renforcer l’économie de ses états membre en plaçant la gestion et la mise en valeur collective des ressources en eau au centre de ses priorités. Il s’agit là, d’ici l’échéance fixé à 2025, d’étendre les aménagements hydroélectriques dans le haut bassin de manière à atteindre une puissance installée de 1050 MW et d’assurer un soutien d’étiage adéquat pour le développement de l’agriculture irriguée et de la navigation au niveau de la vallée et du delta. Cette étude analyse les impacts de ces éventuels aménagements sur le régime hydrologique du fleuve. Une approche analytique par scénario a été testée dans le système d’aide à la décision Water Evaluation And Planning (WEAP). Il s’agit d’un modèle de simulation et de gestion des bassins hydrographiques qui réalise un bilan volumique conservatif des masses d’eaux entrantes et sortantes sur l’ensemble de la durée de la chronique des apports compte tenu des consignes de gestion et des contraintes physiques du système. WEAP permet l’édition et l’analyse des grandeurs utiles relatives au fonctionnement des bassins hydrographiques Les résultats des simulations montrent que le contexte actuel d’aménagement du bassin permet de garantir (en moyenne 8 années sur 10) une production d’énergie annuelle de 700 GWh tout en satisfaisant les besoins en soutien des basses eaux de la vallée et du delta qui sont évalués à 1567 Mm3/an. Toutefois l’extension des aménagements agricoles et la prise en compte de la navigation fluviale entre Kayes et Saint-Louis aura pour conséquence d’établir une compétition entre la production d’énergie à Manantali et le soutien d’étiage, particulièrement durant la saison des basses eaux entre décembre et mai. Les déficits d’allocation observés varient entre 8 et 20% selon que l’état d’hydraulicité du fleuve est humide ou sec. Les impacts de l’aménagement du haut bassin par la mise en service des barrages de Koukoutamba, Boureya et Gourbassi dans le scénario 3 restent importants et positifs. En effet, autre l’accroissement de près de 410% de la production d’énergie hydroélectrique, Koukoutamba et Boureya régulent les débits entrants à Manantali durant la saison des basses eaux, se traduisant par une augmentation du niveau de fonctionnement du réservoir de Manantali et par conséquent une réduction de plus de 50% des déficits de soutien des basses eaux au niveau de la vallée et du delta. Durant la saison des hautes eaux, la réduction des volumes entrants à Manantali due au remplissage des retenues de Koukoutamba et Boureya réduit de près de 60% les déversements de Manantali durant les années humides et de 15% le niveau de fonctionnement de la centrale durant les années sèches consécutives.

Les méthodes de design et de construction des routes développés dans le sud canadien ont maintenant besoin d’être adaptés aux environnements nordiques du pays afin de prévenir le dégel dramatique du pergélisol lors de la construction d’une nouvelle route. De plus, le réchauffement climatique occasionne présentement d’importants problèmes de stabilité des sols dans le nord canadien. Ces facteurs causent des pertes importantes au niveau des capacités fonctionnelles et structurales de l’Alaska Highway au Yukon sur un segment de plus de 200 km situé entre le village de Destruction Bay et la frontière de l’Alaska. Afin de trouver des solutions rentables à long terme, le ministère du transport du Yukon (en collaboration avec le Federal Highway Administration du gouvernement américain, Transports Canada, l’Université Laval, l’Université de Montréal et l’Alaska University transportation Center) a mis en place 12 sections d’essais de 50 mètres de longueur sur l’autoroute de l’Alaska près de Beaver Creek en 2008. Ces différentes sections d’essais ont été conçues pour évaluer une ou plusieurs méthodes combinées de stabilisation thermique telles que le drain thermique, le remblai à convection d’air, le pare-neige / pare-soleil, le remblai couvert de matières organiques, les drains longitudinaux, le déblaiement de la neige sur les pentes et la surface réfléchissante. Les objectifs spécifiques de la recherche sont 1) d’établir les régimes thermiques et les flux de chaleur dans chacune des sections pour les 3 premières années de fonctionnement ; 2) de documenter les facteurs pouvant favoriser ou nuire à l’efficacité des systèmes de protection et ; 3) de déterminer le rapport coûts/bénéfices à long terme pour chacune des techniques utilisées. Pour ce faire, une nouvelle méthode d’analyse, basée sur la mesure de flux d’extraction de chaleur Hx et d’induction Hi à l’interface entre le remblai et le sol naturel, a été utilisée dans cette étude. Certaines techniques de protection du pergélisol démontrent un bon potentiel durant leurs 3 premières années de fonctionnement. C’est le cas pour le remblai à convection d’air non-couvert, le remblai à convection d’air pleine largeur, les drains longitudinaux, le pare-soleil / pare-neige et la surface réfléchissante. Malheureusement, des problèmes dans l'installation des drains thermiques ont empêché une évaluation complète de leur efficacité. / Road design and construction techniques developed in southern Canada definitely need to be adapted to northern environment to prevent dramatic permafrost thawing after new road construction. Furthermore, climate warming causes now important soil stability problems in the Canadian far north. All these factors lead to a loss of the functional and structural capacities of the Alaska Highway over a 200-km section mainly from Destruction Bay to the Alaska border. To find long term and cost-effective solutions, Yukon Highways and Public Works (in collaboration with the Alaska University Transportation Center, Transport Canada, le U.S. Federal Highways Administration, l’Université de Montréal and l’Université Laval) constructed 12 instrumented sections on the Alaska Highway near Beaver Creek (Yukon) in 2008. These sections experiment one or several combined methods of thermal stabilization such as convection air embankment, heat drains, snow/sun shed, grass-covered embankment, longitudinal culverts, reflecting surfaces and snow clearing on embankment slopes. The main objectives of this project are 1) to analyze the ground thermal regime and the heat fluxes for each of the 12 sections during their first three years in service; 2) to document all factors which can facilitate or disrupt the efficiency of the protection systems and; 3) to determine the long term costs / benefits ratio for every technique tested. In order to do this, a new method based on the calculation of heat extraction Hx and heat induction Hi index at the interface between the embankment and the natural ground has been used in this study. The permafrost mitigation techniques that showed good potential for cooling by reducing active layer thicknesses were the ACE uncovered, the longitudinal culverts, the snow/sun shed and the light-coloured aggregate BST (although this was only effective along the central part of the highway). Unfortunately, problems in the installation of the heat drain techniques prevented a full assessment of their effectiveness. The durability of the sections as well as their long-term cooling potential must also be assessed to complete the economic analysis provided in this study.

Le partage équitable des bénéfices dans les bassins fluviaux transfrontaliers est nécessaire pour résoudre les conflits entre les pays riverains et atteindre un consensus sur les activités de développement et de gestion du bassin versant. Le partage des bénéfices doit être discuté collectivement par tous les pays riverains pour être perçu non seulement comme efficace, mais aussi équitable. La littérature actuelle décrit principalement ce que l’on entend par le partage des bénéfices d’un point de vue conceptuel. Les arrangements institutionnels pratiques qui assurent le bien-être économique maximal, ainsi que les méthodes développées en collaboration pour encourager le partage équitable des bénéfices, ne sont toutefois pas présentés. L’objectif global de ce projet de thèse est de développer un arrangement institutionnel, qui comprend à la fois des politiques de répartition de l’eau et des mécanismes de partage des bénéfices, afin d’améliorer la gestion des ressources en eau transfrontalières et d’encourager la coopération entre les pays riverains. La méthodologie étend l’approche traditionnelle, basée sur des stratégies d’allocation très limitées en allouant efficacement les ressources en eau et le partage équitable des bénéfices découlant de l’utilisation de l’eau. Cette thèse détaille l’arrangement institutionnel développé et, à travers trois activités distinctes, les principales composantes de l’arrangement sont analysés. Dans l’arrangement institutionnel, une autorité de bassin fluvial (RBA) est l’opérateur d’un système axé sur le marché, dans lequel les politiques d’allocation économiquement efficaces sont identifiées et imposées aux usagers de l’eau, qui doit payer pour l’eau qui leur est alloué. Ces frais sont collectés et redistribués, via une règle de partage spécifique au bassin fluvial, afin d’assurer l’équité entre les usagers de l’eau. Le bassin du Nil oriental est utilisé comme étude de cas pour illustrer l’approche. Il y a des secteurs hydroélectriques et agricoles répartis dans trois pays (Egypte, Soudan et Ethiopie) et une longue histoire de non-coopération dans ce bassin. La répartition actuelle de l’eau repose sur des accords bilatéraux de l’époque coloniale, qui désignent l’Egypte et le Soudan comme les seuls bénéficiaires des eaux du Nil. La coopération future est impérative dans ce bassin pour profiter du potentiel hydroélectrique en Ethiopie, et du potentiel de l’agriculture au Soudan, ainsi que pour atténuer, autant que possible, les effets du changement climatique. Les résultats montrent que la gestion coopérative du bassin du Nil oriental, et de son infrastructure, augmenterait considérablement les bénéfices économiques à l’échelle du bassin et entraiînerait une répartition de l’eau plus efficace. L’arrangement institutionnel garantit que l’eau est retirée ouù elle a la plus grande valeur et que les investissements en amont dans des projets à faible productivité sont découragés. Le plus haut niveau de coopération est effectuée en vertu d’une institution supranationale et toutes les parties doivent se mettre d’accord sur la définition de l’équité dans le le partage des bénéfices. L’imposition d’axiomes spécifiques sur la base de cette vision collaborative de l’équité se traduit par une solution unique pour la répartition des bénéfices économiques. Une règle de partage élaborée avec la participation des parties prenantes peut être plus acceptable parce que la définition de la règle n’est pas contestée, comme ce serait le cas si les règles existantes avaientété appliquées avec leurs propres définitions de l’équité. Enfin, les résultats globaux montrent que la réalisation de compromis entre l’efficacité et l’équité peut se produire lorsque ces deux principes de répartition de l’eau sont couplés afin de maximiser les avantages de l’utilisation de l’eau, puis de réaffecter ces d’une manière équitable. / The equitable sharing of benefits in transboundary river basins is necessary to solve disputes among riparian countries and to reach a consensus on basin-wide development and management activities. Benefit-sharing arrangements must be collaboratively developed to be perceived not only as efficient, but also as equitable, and to be considered acceptable to all riparian countries. The current literature mainly describes what is meant by the term benefit sharing, in the context of transboundary river basins, and discusses this from a conceptual point of view. Practical, institutional arrangements that ensure maximum economic welfare, as well as collaboratively developed methods for encouraging the equitable sharing of benefits, are, however, not provided. The overall objective of this PhD project was to develop an institutional arrangement, that includes both water allocation policies and benefit-sharing mechanisms, to improve the sustainability of managing transboundary water resources and to encourage cooperation between riparian states. The methodology extends the traditional approach, which is based on highly constrained allocation policies, that merely complement existing management institutions, by efficiently allocating water resources and then equitably sharing the benefits derived from water use. This thesis details the institutional arrangement developed and, through three separate activities, the main components of the arrangement are analyzed. A river basin authority (RBA) is the operator of a market-based system, in which economically efficient allocation policies are identified and imposed on water users, who are charged for the water allocated to them. These charges are collected and redistributed, via a sharing rule specific to the river basin, to ensure equity among the water users. The Eastern Nile River Basin is used as the case study to illustrate the approach. There are important hydropower and agricultural sectors spread across three countries (Egypt, Sudan and Ethiopia), and there is a long history of non-cooperation in this river basin. Current water allocation is based on colonial era bilateral agreements that designate Egypt and Sudan as the only beneficiaries of the Nile waters. Future cooperation is imperative, in this basin, to take advantage of hydropower potential in Ethiopia, and agriculture potential in Sudan, as well as to mitigate, as much as possible, the effects of climate change in the near future. Results reveal that the cooperative management of the Eastern Nile River Basin and its infrastructure would significantly increase the basin-wide economic benefits and lead to more efficient water allocation. The institutional arrangement ensures that water is withdrawn where it has the greatest value (efficient water allocation is established) and that upstream investments in low productivity projects are discouraged. The highest level of cooperation is effectuated through a supranational institution and all parties must agree on the definition of fairness in the sharing of benefits.The imposition of specific axioms, based on this agreedupon vision of fairness results in a unique solution for the distribution of economic benefits. A sharing rule developed with stakeholder input may be more acceptable because the definition of the rule is not in question, as would be the case if existing rules were applied with their inherent definitions of equity. Finally, overall results show that achieving trade-offs between efficiency and equity can occur when these two principles of water allocation are coupled to first maximize the benefits from water use and then reallocate these in an equitable manner.