Ce travail est consacré à l'étude du givrage atmosphérique des structures par accrétion de neige collante qui peut conduire à des dommages sévères aux structures. Les particules à la base de ce type d'accrétions sont caractérisées par un mélange d'eau et glace quantifié dans cette étude par un paramètre sans dimension: la teneur en eau liquide: 푇 définie comme le ratio de la masse liquide sur la masse totale de la particule. La définition de la TEL considérée dans ce travail est différente de celle utilisée en aéronautique. Dans cette étude, la neige collante a été reproduite avec une températures ambiante négative. L'approche expérimentale, mise en oeuvre dans une soufflerie climatique, est consacrée à l'étude de l'effet de la 푇 sur l'accrétion de neige sur une structure de test. La 푇 est ajustée en modifiant la température ambiante. Les résultats sont synthétisés par le coefficient definì comme le ratio entre le flux massique de l'accrétion, et le flux massique de neige incidente. Un premier modèle numérique évalue les conditions aux limites pour le modèle d'accrétion: c.à.d. la distribution en taille des particules à l'amont de la structure et la 푇 associée. La première partie du modèle numérique d'accrétion concerne l'analyse du comportement des particules à proximité de la structure expérimentale quantifié par le nombre de Stokes. La capacité des particules à impacter la structure est synthétisé par le coefficient de collision . L'analyse du coefficient expérimental , en fonction de est développée. Ceci permet l'étude de la capacité des particules à s'accrocher à la surface en fonction de la 푇 . Le résultat est évalué par le coefficient de collage . La seconde partie expose une approche pour modéliser la forme d'accrétion, par le coefficient de collage , en s'appuyant sur l'angle d'impact entre la particule et la surface. Des perspectives sont proposées.

L'utilisation du brûlis comme méthode de déboisement est prédominante en Amazonie, bien que ses impacts sévères sur la qualité des sols soient reconnus depuis longtemps. Des études plus récentes ont également montré le lien entre les activités de coupe et brûlis des forêts primaires et la contamination mercurielle des écosystèmes aquatiques. L'objectif ce mémoire est d'évaluer l'effet de la trituration des jachères, une méthode de défrichement alternative sans usage du feu, sur les propriétés physico-chimiques du sol d'abord, puis sur la rétention du mercure, comparativement au défrichement traditionnel par le brûlis, et ce sur des sols longtemps exploités. Nous avons travaillé à partir du dispositif expérimental de l'EMBRAPA comprenant: 1) une séquence de culture alternative (CT) combinant l'amélioration de la jachère par des légumineuses et l'usage de la trituration, 2) une séquence de culture traditionnelle (CB) établie sur une jachère naturelle brûlée, 3) un pâturage établi sur une jachère naturelle triturée (PT), 4) un pâturage établi sur une jachère naturelle brûlée (PB), 5) une jachère forestière de 40 ans (1), utilisée comme témoin. Les variables physico-chimiques du sol ont été mesurées, auxquelles se sont ajoutées les concentrations en Hgtot. Les parcelles ont été échantillonnées sur trois horizons (0-5cm, 20-25 cm et 50-55 cm), les teneurs en mercure normalisées par rapport à la densité, à la teneur en argile et à la matière organique du sol; et les facteurs d'enrichissement en Hg entre les horizons calculés. Concernant les propriétés physico-chimiques du sol, l'amélioration de la jachère combinée à sa trituration dans la parcelle cultivée CT a permis la conservation d'une bonne structure du sol sans toutefois permettre une augmentation significative de l'humidité du sol en saison sèche. L'effet positif de la technique sur les propriétés chimiques du sol dans CT est manifeste. Dans les pâturages en revanche, l'emploi de la technique de la trituration sur jachère naturelle plutôt que sur jachère plantée avec des légumineuses semble avoir été moins efficace sur ces variables physico-chimiques. Quant au mercure, nous avons mesurés de très faibles teneurs dans les sols étudiés (de 24.83 ± 13.90 à 49.48 ± 30.05 ng.g⁻¹ dans l'horizon 0-5 cm), et nous n'avons pu mettre en évidence d'effet bénéfique de la méthode de la trituration sur la rétention du mercure dans les cultures et les pâturages. Le long historique d'utilisation de ces sols et les épisodes de brûlis antérieurs avaient probablement déjà entamé la fraction la plus labile du réservoir de mercure du sol, masquant les effets bénéfiques potentiels de la pratique de la trituration. Il se pourrait également que certains processus liés à la présence du paillis organique puissent faciliter les pertes de ce métal par le système (compétition cationique et dislocation, mobilisation par la matière organique dissoute). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Agriculture familiale, Amazonie, Culture sur brûlis, Trituration, Mercure, Sol.

Le lac Saint-Pierre (LSP) alimente l'industrie de la pêche commerciale en eau douce la plus importante du fleuve Saint-Laurent. Le lac supporte également une importante activité de pêche non commerciale pratiquée par la population locale. Il apparaît donc important de prendre des mesures qui permettent d'estimer la disponibilité du mercure (Hg) dans l'ensemble de l'écosystème afin d'établir le risque pour la santé humaine qu'implique la consommation de poisson provenant du lac. Nous présentons dans ce mémoire le développement d'un modèle spatial de la charge de mercure total (HgT) dans le biofilm épiphyte (BFE) du LSP. Pour ce faire, nous avons développé un modèle écologique conceptuel à partir duquel nous avons développé un modèle cartographique. Le premier nous a permis de choisir les variables destinées à effectuer les prédictions spatiales; le second constitue la représentation cartographique des prédictions. Une démarche en quatre étapes a été élaborée: 1) la formulation du modèle conceptuel; 2) les regroupements des données; 3) la formulation statistique des modèles ou développement des modèles prédictifs; et 4) le développement du modèle cartographique ou représentation cartographique du modèle prédictif. Le modèle conceptuel développé propose que la variable disponible la plus utile pour estimer la charge du HgT dans le BFE est la biomasse des macrophytes, variable qui représente simultanément plusieurs variables physico-chimiques du milieu. Des modèles cartographiques du BFE ont donc été construits à partir d'une carte de la biomasse des macrophytes, préalablement développée. Ces modèles ont permis à leur tour de produire des modèles cartographiques de la charge de Hg dans le BFE du LSP. Les modèles cartographiques ainsi obtenus indiquent que les plus grandes quantités de HgT sont concentrées dans la rive sud du lac, là où se déversent les rivières Richelieu, Saint-François et Yamaska. Ces rivières possèdent de grands bassins versants et charrient une forte concentration de nutriments responsables de la croissance d'un lit de macrophytes plus important sur la rive sud que sur la rive nord. Cette augmentation de macrophytes a entraîné un accroissement du BFE et, par conséquent, une augmentation de la charge de HgT. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modèle cartographique, Mercure, Biofilm épiphyte, Lac Saint-Pierre.

Les tourbières boréales stockent une grande quantité de carbone (C) par l'accumulation de la matière organique qui excède sa décomposition. Les changements climatiques anticipés pourraient induire un important retour de ce C dans l'atmosphère. Il est donc nécessaire d'obtenir des estimations précises quant à la distribution et le bilan du C stocké dans les tourbières. La plupart des études quantifiant les stocks de C ont été réalisées à l'échelle régionale en utilisant un nombre restreint de valeurs. Cette étude a permis d'évaluer le bilan de C d'une tourbière de la région d'Eastmain (baie James) en tentant d'éliminer l'incertitude d'un sous échantillonnage par l'utilisation de relevés au géoradar. Le géoradar est un outil de prospection géophysique basé sur la propagation d'ondes électromagnétiques dans le sol et dont la réflexion/diffraction du signal est largement contrôlée par la distribution du contenu en eau. La prospection au géoradar a permis d'obtenir des profils continus des principales unités stratigraphiques d'une tourbière ombrotrophe de 2,2 km2. Pour cette recherche, plus de 10 km de profils géoradar ont été récoltés. L'interprétation et la validité des profils ont été basées sur des données de terrain (e.g. épaisseur manuelle de tourbe, stratigraphie des carottes, tranchée de 10 m, mesures de conductivité électrique, mesures de la profondeur de la nappe phréatique et mesures de permittivité électrique en laboratoire) et des analyses paléostratigraphiques (e.g. perte au feu, macrorestes et description Tröels-Smith). Trois grands changements ont été identifiés sur les profils : (a) le contact organique/minéral, (b) la transition minérotrophe/ombrotrophe et (c) l'accumulation post Petit Âge Glaciaire. Ces résultats ont été interpolés afin de modéliser en 3D les différentes couches stratigraphiques sur l'ensemble de la tourbière et calculer la masse totale de C. L'emploi du géoradar a permis de calculer avec plus de précision le volume total de tourbe et d'appliquer des valeurs distinctes (e.g. densité sèche, teneur en matière organique) à chacune des unités pour le calcul de la masse globale de carbone. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Tourbières boréales, Géoradar, Bilan de carbone, Interpolations, Baie James.

La stabilité structurale du sol peut être utilisée pour estimer l'érodibilité du sol, paramètre clef des modèles d'érosion. Afin d'améliorer les connaissances sur les facteurs et processus contrôlant la stabilité structurale, cette thèse avait pour objectif d'étudier la variabilité de la stabilité structurale à pas de temps court (quelques jours) ainsi que les processus physico-chimiques qui en sont à l'origine. Des études de terrain ont permis de caractériser une dynamique rapide de la stabilité structurale pour un sol donné avec notamment : des différences importantes entre surface et sub-surface ; une forte variabilité selon la localisation du site (mais une faible variabilité pour un même site) ; et une forte variabilité à pas de temps court liée à la teneur en eau du sol. Les variations de stabilité structurale à pas de temps court apparaissent majoritairement contrôlées par des processus physico-chimiques fortement liés aux cycles d'humidité. Une synthèse bibliographique a montré que l'occurrence de certains de ces processus nécessitait d'être vérifiée, notamment pour le réarrangement particulaire. Des expérimentations en laboratoire ont montré que la structure interne des agrégats était affectée pas les cycles d'humidité à l'échelle millimétrique comme micrométrique. Cependant, les réarrangements de particules observés n'ont pas pu être strictement reliés aux variations de stabilité structurale. Les résultats de ces expérimentations confirment le suivi de terrain : la teneur en eau du sol a un rôle majeur dans les variations de stabilité structurale à pas de temps court. Dans la plupart des cas, les différences de stabilité mesurées correspondaient à des érodibilité du sol contrastées. Les modèles d'érosion devraient donc inclure cette variabilité pour améliorer leurs prédictions.

Cette étude a été réalisée avec comme objectif principal d'identifier les processus mis en cause dans l'hypoxie récente de l'estuaire maritime du Saint-Laurent. Cette zone d'hypoxie existe depuis une vingtaine d'années et engendre des conséquences néfastes pour cet écosystème. Il devient donc critique de comprendre les mécanismes qui sont responsables du taux d'oxygénation dans l'optique de proposer des solutions d'adaptation réalistes. Pour ce faire, nous avons ciblé deux des processus qui ont probablement le plus d'impact sur les concentrations en oxygène dissous de cet écosystème, c'est-à-dire le réchauffement des eaux profondes et l'eutrophisation possible des eaux de surface de l'estuaire. Pour bien comprendre le rôle du réchauffement sur l'hypoxie, il est important d'avoir accès à des séries temporelles plus étendues que celles que nous offrent les données instrumentales. L'étude de carottes de sédiment nous permet d'obtenir des renseignements précieux sur les conditions environnementales du passé. Nous avons étudié deux carottes sédimentaires provenant de l'estuaire du Saint-Laurent dans le but d'estimer les variations de température survenues depuis le dernier siècle voire même depuis le dernier millénaire. Dans ces carottes, nous avons mesuré la composition isotopique en oxygène (δ18O) des tests de foraminifères benthiques. Cette mesure enregistre, entre autres, la température de calcification de l'organisme, et donc de l'eau dans lequel il se trouve. En comparant le δ18O avec les données de température instrumentales, nous avons validé l'utilisation du δ18O comme paléothermomètre dans l'estuaire du Saint-Laurent. De ce fait, nous avons utilisé le δ18O pour reconstruire les variations de température du dernier millénaire. Les résultats nous permettent de conclure que les eaux de fond de l'estuaire du Saint-Laurent se sont réchauffées d'environ 1.7°C depuis le dernier siècle. Cela constitue le plus important réchauffement des 1 000 dernières années. L'eutrophisation des eaux de surface en milieu estuarien est généralement due à un apport accru en nitrate, nutriment limitant dans ce type de milieu. Les sources d'azote ayant déjà été étudiées, nous avons donc mesuré les puits de façon à pouvoir établir un bilan régional. Deux approches ont été privilégiées: 1) une série de mesures de dénitrification sédimentaire ponctuelles et 2) une approche intégratrice se basant sur les concentrations d'azote et de phosphore dans la colonne d'eau. Les mesures nous permettent de conclure que la majorité de la dénitrification benthique est produite par le couplage nitrification-dénitrification. De plus, les résultats sont cohérents avec l'hypothèse que le processus de bioirrigation joue un rôle très important dans l'élimination sédimentaire de l'azote. L'approche intégratrice semble indiquer que le bilan régional de l'azote est proche de l'équilibre, ce qui suggère que cette région ne peut être considérée comme globalement soumise au phénomène d'eutrophisation. Ceci impliquerait donc que si l'augmentation de la productivité primaire observée dans l'estuaire du Saint-Laurent est due à une augmentation de l'apport en azote, celui-ci est par la suite éliminé naturellement par le système sans avoir d'impact en aval. Dans l'optique de proposer des solutions au problème de l'hypoxie, nous devons mieux connaître les sources d'azote qui fertilisent le Saint-Laurent ainsi que le taux de recyclage in situ. Par conséquent, nous avons mesuré la composition isotopique des nitrates dissous dans la ville de Québec pour identifier les différentes sources d'azote qui se retrouvent dans le Saint-Laurent. De plus, cette méthode nous permet d'identifier les mécanismes du cycle de l'azote qui sont actifs dans cette région. Les résultats sont typiques d'un environnement ou la composition isotopique des nitrates est principalement contrôlée par la saisonnalité et où les processus internes ne semblent pas avoir un impact significatif. Par contre, le peu de données sur la signature isotopique des différentes sources potentielles nous empêche de quantifier leur importance dans le flux de nitrate du Saint-Laurent. ______________________________________________________________________________

Les tourbières nordiques accumulent du carbone (C) puisque dans ces milieux, la production de la matière organique excède sa décomposition, ce qui a résulté en un important réservoir de C représentant environ 30% du C présent dans les sols terrestres à l'échelle de la planète. Puisque l'accumulation du C durant l'Holocène a influencé le climat global, les projections des changements climatiques devraient tenir compte de cette dynamique du C dans ces écosystèmes. Des variations de l'accumulation du C sont généralement liées à une combinaison de facteurs géomorphologiques (topographie du bassin), climatiques, des processus écologiques autogènes et des évènements ponctuels de perturbation. À part les feux, qui représentent une émission directe de C vers l'atmosphère, des facteurs internes et externes influencent la dynamique du C dans les tourbières. Les variations hydrologiques constituent un facteur déterminant en ce qui a trait aux assemblages végétaux. De plus, la végétation influence l'hydrologie par les processus de transpiration et d'isolation de la tourbe. L'objectif principal de la thèse était de quantifier les stocks de C ainsi que les taux d'accumulation pour trois tourbières boréales situées dans le nord du Québec. Nous avons de plus estimé l'influence des changements de la végétation, de l'hydrologie et de l'intensité et de la fréquence des feux de tourbière sur les taux d'accumulation du C, en tenant compte du contexte climatique holocène du nord du Québec. Afin de quantifier le volume de tourbe de chaque tourbière, les profondeurs ont été mesurées par sondage manuel ainsi que par un géoradar (GPR). La stratigraphie de plusieurs carottes échantillonnées dans chaque tourbière a été analysée. L'interpolation spatiale des taux d'accumulation du C a permis une reconstitution de chaque écosystème. Les changements de la végétation et de la nappe phréatique durant l'Holocène ont été reconstruits à l'aide d'analyses de macrorestes végétaux et de thécamoebiens. Les régimes de feu ont été reconstruits à partir du dénombrement de charbons de bois macroscopiques. Les variations temporelles des assemblages végétaux, de la nappe phréatique et de l'intensité et de la fréquence des feux ont été comparées aux fluctuations de l'accumulation du C. Les trois tourbières étudiées ont accumulé du C à un taux moyen de 16,2 g m*-2 an*-1 depuis l'âge maximum de 7510 cal BP, ce qui équivaut à une masse moyenne de C de 91 kg m*-2 et un réservoir total de C de 608 x 10*6 kg. Au début de leur développement, l'expansion latérale des tourbières a été rapide, tandis que l'accumulation du C à l'échelle de l'écosystème a culminé entre 5250 et 3500 cal BP. Malgré le fait que les taux d'accumulation verticale aient été généralement élevés dès le début du développement des tourbières, la topographie des bassins dans lesquels se sont développés ces écosystèmes a limité l'accumulation générale de la tourbe. Les résultats montrent que dans l'ensemble, les assemblages dominants de végétation ont varié dans le temps ainsi qu'entre chaque tourbière. Les périodes où les taux d'accumulation ont été élevés dans les tourbières de LLC et STE étaient dominées par une végétation de Sphagnum section Acutifolia, ainsi que par des nappes phréatiques intermédiaires entre 10-15 cm en dessous de la surface. Le ralentissement de l'accumulation du C durant l'Holocène récent a été associé aux fluctuations importantes de la nappe phréatique ainsi qu'à une diminution des sphaignes de la section Acutifolia. En effet, la présence de ces sphaignes limite les taux de décomposition en maintenant des conditions froides, acides, humides et faibles en nutriments, favorisant l'accumulation du C dans ces tourbières. En général, les tourbières MOS et STE montrent une moins grande présence de sphaignes dans leurs sections centrales, probablement dû au contexte physiographique local des bassins dans lesquelles elles se sont développées en maintenant des conditions minérotrophes jusqu'à 5450 et 4410 cal BP, respectivement. Les analyses de macrocharbons contenus dans la tourbe ont permis d'identifier des intervalles moyens de feu de 883 ans durant l'Holocène, même si d'importantes variations spatiales et temporelles ont été reconstituées. La fréquence des feux et la production de charbons a augmenté après 2000 cal BP. Néanmoins, les analyses de régression montrent que les feux n'ont pas été un facteur déterminant dans l'accumulation du C. De plus, les changements du régime des feux de l'Holocène récent semblent avoir été indépendants des changements dans la végétation locale. Le refroidissement néoglaciaire de ~3000 cal BP pourrait bien avoir été le facteur principal ayant engendré ces changements environnementaux. Ce refroidissement climatique a probablement affecté de façon négative les taux d'accumulation du C. De plus, les périodes synchrones de nappe phréatique basse durant l'Holocène récent ont probablement été une des principales causes du changement de la végétation, dominée alors par des espèces ligneuses aux dépens des sphaignes, une tendance observée notamment à LLC. Afin d'obtenir un portrait précis de l'accumulation à long terme du C, les reconstructions futures devraient tenir compte des variations de l'expansion latérale des tourbières, puisque les masses de C et les taux de l'accumulation issus de carottes centrales surestiment les taux à l'échelle de l'écosystème. Les changements climatiques futurs pourraient impliquer des augmentations à la fois de la nappe phréatique et des températures, ce qui aurait probablement un effet positif sur la croissance des sphaignes, et donc sur l'accumulation du C dans les tourbières de la région. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : tourbière, carbone, Holocène, feu, paléoécologie

Thèse de doctorat : Mécanique des fluides : Strasbourg 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 14 p.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le but de ce travail est la caractérisation thermophysique de matériaux de construction solides et opaques (PVC, EPS, plâtre et béton) en laboratoire, avec une extension de la méthode vers des conditions in-situ (sable, paroi en béton cellulaire), et la mise en évidence de l’interaction des propriétés thermophysiques du matériau avec sa teneur en eau. Il repose sur l’étude numérique - via un modèle en différences finies - et expérimentale du transfert de chaleur par conduction. L’approche proposée consiste à envisager une distribution de capteurs de température répartis dans le sens du transfert dans une configuration expérimentale multicouche. Ces capteurs, des thermocouples permettent d’enregistrer les évolutions de températures aux différents points de mesure et d’extraire les caractéristiques thermiques du matériau dans chaque intervalle en les introduisant dans un schéma d’inversion. Le système instrumenté pourrait être sollicité de façon artificielle dans une application en laboratoire ou simplement par les échanges naturels avec son environnement dans le cas par exemple d’une paroi de bâtiment. Une progression dans la complexité des cas a été considérée. Dans un premier temps, une mise au point de la méthode sur un système multicouche constitué de matériaux homogènes, stationnaires et permettant d’identifier les paramètres thermiques d’un des composants. Par la suite, des matériaux de propriétés thermophysiques variables et évolutives avec pour objectif de proposer à plus long terme, un outil de suivi de propriétés thermiques et de teneur en eau des matériaux. / The purpose of the actual work is to thermally characterize opaque solid building materials (PVC, EPS, Plaster and Concrete). First tests in laboratory tend next to be in situ conditions (sand, aerated concrete wall) where thermophysical properties and moisture content interactions are highlighted. It is based on conductive heat transfer numerical (finite difference method) and experimental study. The proposed approach aims to place thermocouples in a multilayer thickness in the heat transfer direction. They allow temperature measurement at different nodes of the material. The temperatures are incorporated in an inverse heat transfer process to estimate characteristics at each layer. The tested materials could be submitted to either artificial thermal excitation or natural excitation in the case of building wall for example. Progressive complexity of the studied cases is considered. In fact, the first studied cases concerns homogenous inert materials which the quasi constant thermophysical properties were estimated. Then, materials with variable characteristics were considered for a long term thermophysical properties and moisture content monitoring.