Cette thèse, à travers une collection de cinq articles scientifiques, décrit et quantifie les processus de glace des cours d’eau à forte pente, donc à lit graveleux. Avant que ce projet de recherche ne soit entrepris, certains de ces processus étaient mal compris ou simplement absents de la littérature scientifique, et ce, alors que les cours d’eau à lit graveleux sont répandus en région froide. Les types de glace qui se forment le long de ces cours d’eau incluent la glace de fond, les seuils de glace, les barrages de glace, les champs de glaçage, les digues de glaçage, les couverts de glace suspendus et les carapaces de glace projetée. Certains processus de débâcle tels que les trains de glace et les embâcles sont également mentionnés dans la thèse, mais ne représentent pas son sujet principal. Cette recherche est le fruit de trois hivers d’observation et d’instrumentation sur le bassin versant de la rivière Montmorency. De manière spécifique, ce ne sont non pas quelques sites, mais plutôt plusieurs cours d’eau, d’un petit ruisseau de tête de bassin versant jusqu’à la rivière Montmorency, qui ont été visités quelque 120 fois, surtout durant la période hivernale. Les données recueillies ont permis de dresser un bilan des liens thermiques, cryologiques (glace) et hydrologiques qui existent entre ces cours d’eau. Ces liens forment ce que l’on appelle le continuum hivernal du bassin versant. Chacun des chapitres de cette thèse représente un ouvrage indépendant qui inclut une introduction, une revue de littérature, une conclusion et une bibliographie. Les quatre premiers articles présentent des sujets qui complémentent les chapitres précédents alors que la description qualitative fait progressivement place à l’analyse quantitative. La somme de ces articles contribue à faire de cette thèse un ouvrage complet sur les processus de glace sur les cours d’eau à forte pente. Le dernier chapitre, ou article, présente un modèle conceptuel des différents couverts et processus de glace observables le long de tout type de chenal sous n’importe quelle intensité hivernale. / This thesis, through a collection of five publications, describes and quantifies steep (gravel bed) channel ice processes. Before this research project was undertaken the literature on the topic was largely incomplete and ice processes taking place in gravel bed channels, which represent common cold region fluvial settings, could only be partly explained. Ice features forming along steep channels and described in the thesis include anchor ice accumulations, ice weirs, ice dams, icing fields, icing dikes, suspended ice covers, and spray ice shells. This thesis also approaches river ice breakup processes such as ice runs and ice jams. The findings presented in this work are the result of three winters of field observation and steep channels monitoring. Research sites were visited over 120 times, mostly during the winter period. Ice processes were not only described and monitored at a few sites but at the drainage system scale, from a small headwater channel down to the main river channel. The thermal, cryologic, and hydrological interactions between various steep channels of the Montmorency River watershed were analyzed. These links form what is referred to as the watershed continuum. Each chapter of this thesis is an independent publication that includes an introduction, a literature review, a conclusion, and a list of references. The first four articles present a topic that complements previous chapters. The sum of these chapters forms a comprehensive review of the ice processes taking place in steep channels as the qualitative description progressively evolves into a quantitative analysis. The last chapter (article) presents a global conceptual model on river ice types and processes taking place in any fluvial setting in any climate.

Les émissions anthropiques de dioxyde de carbone (CO2) ont augmenté depuis la révolution industrielle, entraînant des modifications dans les teneurs atmosphériques en CO2 et un accroissement de la pression partielle de CO2 (pCO2) océanique. L’absorption du CO2 par les océans a entraîné une baisse du pH des eaux de surface, correspondant à une augmentation de l’acidité d’environ 30 % par rapport aux valeurs préindustrielles. D’autre part, l’accumulation de CO2 anthropique dans l'atmosphère a également induit un réchauffement des eaux de surface depuis le milieu du 20e siècle. Le devenir des communautés planctoniques face à ces altérations actuelles et futures de leur environnement demeure incertain. On ignore également comment l’acidification et le réchauffement affecteront la production du diméthylsulfure (DMS), un gaz sulfuré d’origine planctonique impliqué dans la régulation du climat. Le but de cette thèse est de déterminer l’impact d’une augmentation de la pCO2 sur le développement des floraisons phytoplanctoniques de l'estuaire maritime du Saint-Laurent (EMSL) et la production de DMS, ainsi que d’évaluer dans quelle mesure le réchauffement des eaux de surface modulera l’effet de l’acidification. Deux grandes expériences ont été menées au cours de la thèse. Une première expérience en microcosmes (~20 L) a été conduite à l’été 2013 afin d’étudier les effets de la pCO2 sur la floraison printanière des diatomées dans L’EMSL, en portant une attention particulière aux processus microbiens régissant la production de DMS. Une seconde expérience de type multifactorielle en mésocosmes (~2600 L) a été conduite à l’automne 2014 afin de déterminer l’impact combiné de l’augmentation de la pCO2 et du réchauffement sur le développement de la floraison automnale de l’EMSL et la production du DMS. Les résultats de l’expérience en microcosmes montrent que les communautés phytoplanctoniques responsables de la floraison printanière dans l’EMSL sont résistantes à des augmentations de la pCO2 supérieures aux valeurs attendues pour 2100. Cette résistance reflète vraisemblablement leur adaptation au milieu estuarien, environnement connu pour ses variations de pCO2 importantes et rapides. Cette première expérience a également mis en évidence une diminution de 15 et de 40 % des concentrations moyennes de DMS chez les communautés respectivement soumises à des pCO2 de 1850 μatm et 2700 μatm par rapport au contrôle (~775 μatm). Des incubations menées en parallèle ont permis de montrer, au moyen de 35S-DMSPd, que l’effet négatif de l’acidification sur le DMS résultait en grande partie d’une diminution de l’efficacité de conversion du DMSP en DMS par les bactéries. La deuxième expérience a également mis en évidence une forte résistance de la diatomée Skeletonema costatum à une large gamme de pH (~8.0–7.2) et de pCO2 (~90–3000 μatm). Lors de cette étude, un réchauffement des eaux de 5 °C a accéléré le développement et le déclin de la floraison, mais n’a pas eu d’effet sur la production primaire intégrée pendant l’expérience. À l’instar de l’expérience en microcosmes, l’augmentation de la pCO2 a provoqué une diminution des concentrations moyennes de DMS de ~66 % dans les mésocosmes les plus acidifiés par rapport aux traitements les moins acidifiés à température in situ (10 °C). L’effet négatif d’une augmentation de la pCO2 sur la production nette de DMS pourrait cependant être annulé par le réchauffement des eaux de surface. En effet, mes résultats révèlent que la production nette de DMS était plus élevée à 15 °C par rapport à 10 °C et ce à toutes les pCO2 testées. Ces résultats inédits suggèrent que le réchauffement attendu des eaux de surface pourrait contrer en partie l’effet négatif de l’acidification sur la production nette de DMS dans l’EMSL et possiblement dans l’océan mondial. / Anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions have increased since the industrial revolution, leading to modifications in atmospheric CO2 content and an increase in oceanic CO2 partial pressures (pCO2). The uptake of CO2 by the oceans has resulted in a lowering of surface water pH, corresponding to an increase in the acidity of the oceans by ~30 % compared with pre-industrial times. Furthermore, climate change resulting from the accumulation of anthropogenic CO2 in the atmosphere is responsible for the observed warming of sea surface temperatures since the mid 20th century. The fate of planktonic communities in the face of these changes in the marine environment over the next century remains uncertain. Even less understood are the possible interactions of acidification and warming on the production of dimethylsulfide (DMS), a sulfur-containing gas produced by planktonic communities and involved in climate regulation. The aim of this thesis is to determine the impact of heightened pCO2 on the development of the phytoplanktonic blooms in the Lower St. Lawrence Estuary (LSLE), and their production of DMS, as well as to evaluate how concomitant warming could modulate the effects of acidification. Two intricate experiments were carried out during this study. First, a microcosm experiment (~20 L) was conducted in the summer of 2013 to assess the effects of pCO2 on the development of the LSLE spring diatom bloom, paying special attention to the microbial processes governing the production of DMS. Second, a multifactorial mesocosm experiment (~2600 L) was carried out in the fall of 2014 to investigate the combined effects of pCO2 and temperature on the development of the fall bloom in the LSLE and the production of DMS. Results from our microcosm experiment show that the blooming phytoplankton community of the LSLE during spring is resistant to pCO2 increases superior to the expected values for 2100. This resistance likely reflects its adaptation to the estuarine setting, an environment known for rapid and intense fluctuations of pCO2. This first experiment has also highlighted a reduction of the average concentrations of DMS by 15 and 40 % in planktonic assemblages respectively subjected to pCO2 of ~1850 μatm and ~2700 μatm compared to the control (~775 μatm). Parallel incubations have shown, using 35S-DMSPd, that the negative effect of acidification on DMS mostly stemmed from a decrease in the conversion efficiency of DMSP to DMS by bacteria. The second experiment has also highlighted a strong resistance of the diatom Skeletonema costatum to a wide range of pH (~8.0–7.2), and corresponding pCO2 (~90–3000 μatm). In this study, a warming of 5 °C accelerated the development and decline of the bloom, but did not affect the integrated primary production over the duration of the experiment. As in the first experiment, heightened pCO2 resulted in a decrease of average concentrations of DMS of ~66 % in the most acidified mesocosms compared to the least acidified mesocosms at in situ temperature (10 °C). However, the negative effect of an increase in pCO2 on the net production of DMS could be mitigated by a warming of surface waters. Indeed, my results reveal that the net production of DMS was higher at 15 °C compared to 10 °C over the whole pCO2 gradient in our mesocosm study. These novel results suggest that warming of surface waters could mitigate, at least partly, the negative effect of acidification on DMS net production in the LSLE and perhaps in the world’s oceans.

Le bris d'un barrage est un événement exceptionnel et rare. Toutefois, lorsqu'il se produit, il peut engendrer de nombreuses pertes aussi bien matérielles qu'humaines. La modélisation de la propagation d'ondes de crue intumescentes issues d'un bris de barrage a fait l'objet d'inombrables études durant les quarante dernières années. À ce jour, il existe de nombreux modèles commerciaux capables de prédire avec satisfaction la propagation d'une onde de crue dans un canal à surface libre. Cependant, ces modèles ne sont pas conçus pour décrire la propagation dynamique des ondes de crue dans le cas des conditions hivernales caractérisées par la présence d'un couvert de glace à la surface des rivières. Pour les analyses de sécurité ou les études d'impact, les gestionnaires d'ouvrages de retenues et d'autres aussi qui s'intéressent aux écoulements fluviaux ont donc besoin de nouveaux outils de prédiction mieux adaptés à ces conditions particulières. Cette thèse se situe dans le cadre des efforts menés actuellement pour palier ce manque. L'objectif spécifique de la présente recherche est d'étudier la propagation des ondes hydrodynamiques dans un canal recouvert d'un couvert de glace. Pour y arriver, l'analyse s'est faite en deux parties. Premièrement, une analyse statique de la réponse du couvert de glace aux vagues de différentes formes est présentée. Cette dernière, faite à l'aide de modèles numériques uni- et bi-dimendionnels, a pour but de formuler des critères simples de bris du couvert de glace en rivière. Dans la seconde partie, un nouveau modèle numérique couplé eau-glace intitulé HYDROBEAM est bâti pour simuler la propagation dynamique des ondes dans un canal recouvert de glace. Pour ce nouveau modèle couplé, les équations de Saint-Venant, sous leurs formes conservatives et en présence d'un couvert flottant, sont reformulées. Les équations de Saint-Venant sont ensuite couplées aux équations décrivant le mouvement d'un couvert de glace semi-rigide. Les résultats du modèle couplé démontrent que la présence du couvert a pour effet d'atténuer et de ralentir les ondes et que l'effet se fait ressentir surtout sur des ondes très courtes (typiquement inférieures à 100 m).

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 décembre 2023) / Située dans le sud du Québec, la rivière Bécancour prend origine à la sortie du lac Bécancour, puis coule à travers la ville de Thetford Mines et ses anciens sites miniers avant de s'élargir pour former successivement l'étang Stater, le lac à la Truite (d'Irlande), le lac William et le lac Joseph. Ces cinq plans d'eau sont aux prises avec de graves problèmes d'eutrophisation et, dans certains cas, d'ensablement/envasement. Les activités minières d'amiante menées pendant plus d'un siècle dans la région de Thetford Mines (1877-2011 EC) et les immenses haldes minières disposées le long de la rivière Bécancour ont souvent été mises en cause afin d'expliquer leur mauvaise condition. Cependant, plusieurs incertitudes demeurent en raison d'un manque d'évidences scientifiques. L'objectif général de cette thèse de doctorat est de déterminer les impacts des activités minières d'amiante et des effets parallèles et cumulatifs du développement anthropique du territoire sur l'évolution des lacs du bassin de la rivière Bécancour. Afin d'y parvenir, une approche paléolimnologique a été utilisée. Pour chacun des plans d'eau à l'étude (étang Stater et lacs Bécancour, à la Truite, William et Joseph), une carotte de sédiments d'un peu plus de 1 m de longueur a été prélevée et analysée. Plusieurs caractéristiques des couches sédimentaires ont été étudiées, notamment leur âge, densité, susceptibilité magnétique, granulométrie, ainsi que leur contenu en matière organique, carbone, azote, métaux, amiante et diatomées. Les assemblages de diatomées, dominés par des petits taxons fragilarioϊdes, préservés dans les sédiments « naturels » des lacs Bécancour, à la Truite, William et Joseph ont révélé que ces milieux présentaient un état oligotrophe au moment de la colonisation moderne de la Haute-Bécancour vers 1810 EC. Ils avaient aussi de très faibles taux d'accumulation de sédiments (< 0,1 cm an⁻¹; < 0,05 g cm⁻² an⁻¹). Le défrichement des terres et les activités agricoles survenus au cours du XIXᵉ siècle ont cependant stimulé la productivité primaire et les apports de matériel clastique. Le lac William a atteint un état mésotrophe dès ~ 1885 EC en raison de pressions vraisemblablement associées au commerce du bois et à des rejets d'eaux usées. Le niveau de dégradation des plans d'eau situés en aval de Thetford Mines a été grandement amplifié suivant les travaux de drainage et d'excavation du lac Noir (1954-1959 EC), autrefois situé en amont de l'étang Stater, à des fins d'exploitation minière. L'essor important de taxon de diatomées eutrophes (e.g., Cyclostephanos makarovae/invisitatus, Stephanodiscus hantzschii) dans les sédiments des lacs à la Truite, William et Joseph de cette époque, ainsi que plusieurs autres indicateurs tels que l'augmentation des valeurs de phosphore total inféré et de δ¹³C et la diminution du rapport C/N, indiquent que cet évènement a fortement accentué leur eutrophisation. Ceci peut être attribué à l'arrivée plus importante d'eaux usées concentrées en provenance de Thetford Mines suivant la perte du lac Noir qui agissait autrefois comme barrière tampon. La vidange du lac Noir a aussi mené à une explosion des taux d'accumulation de sédiments dans l'étang Stater et les lacs à la Truite et William. Ces plans d'eau ont continué de recevoir des quantités anormalement élevées de matériel sédimentaire (jusqu'à 1,4 cm an⁻¹; 1,0 g cm⁻² an⁻¹) dans les décennies qui ont suivi cet évènement. Les dépôts récents (≥ 1960 EC) présentent une faible teneur en matière organique et des niveaux élevés d'enrichissement en magnésium, chrome et nickel qui sont cohérents avec la signature géochimique des résidus miniers amiantés. Les résultats démontrent ainsi que les haldes situées en bordure de la rivière Bécancour s'érodent massivement vers le milieu aquatique et constituent la source moderne prédominante de sédiments dans les plans d'eau en aval de Thetford Mines. En plus de la pollution métallique, les activités et contaminants miniers ont engendré une hausse importante des taux d'accumulation et des concentrations de fibres d'amiante (atteignant jusqu'à 6,9 % en masse) dans les sédiments de tous les sites d'étude. Cette thèse démontre que les activités minières d'amiante et leurs vestiges peuvent avoir des impacts majeurs sur les écosystèmes aquatiques. La pollution associée aux haldes minières et aux eaux usées de la ville de Thetford Mines doit être mieux contrôlée afin d'assurer la préservation et la restauration des plans d'eau du bassin de la rivière Bécancour. / Located in southern Quebec, the Bécancour River originates at the outflow of lake Bécancour, then flows through the city of Thetford Mines and its old mining sites before enlarging to successively form Stater Pond ("Étang Stater"), Trout Lake ("Lac à la Truite d'Irlande"), Lake William, and Lake Joseph. These five water bodies suffer from serious eutrophication problems and, in some cases, siltation. The asbestos mining activities led over more than a century in the Thetford Mines region (1877-2011 CE) and the huge piles of mining wastes disposed of alongside the Bécancour River have frequently been blamed to explain their poor condition. However, uncertainties remain because of a lack of scientific evidence. The general objective of this doctoral thesis was to determine the impacts of asbestos mining activities and concurrent and cumulative effects of human land development on the evolution of lakes of the Bécancour River Basin. To achieve this goal, a paleolimnological approach was used. For each study site (Stater Pond and lakes Bécancour, Trout, William, and Joseph), a sediment core slightly over 1 m long was collected and analyzed. Several properties of the sediment layers were studied, including their age, density, magnetic susceptibility, grain size, as well as their organic matter, carbon, nitrogen, metal, asbestos, and diatom content. The diatom assemblages, dominated by small fragilarioid taxa, preserved in the "natural" sediments of lakes Bécancour, Trout, William, and Joseph revealed that these water bodies were oligotrophic at the onset of modern colonization in the upper Bécancour River Basin near 1810 CE. They also had very low sediment accumulation rates (< 0.1 cm yr⁻¹; < 0.05 g cm⁻² yr⁻¹). Land clearance and agricultural activities during the XIXth century stimulated primary productivity and clastic material inputs. Lake William reached a mesotrophic state as soon as ca. 1885 CE in response to pressures likely induced by timber trade and wastewater discharges. The degradation level of water bodies located downstream from Thetford Mines was greatly amplified following drainage and excavation works of Black Lake (1954-1959 CE), formerly located upstream from Stater Pond, for mining purposes. The proliferation of eutrophic diatom taxa (e.g., Cyclostephanos makarovae/invisitatus, Stephanodiscus hantzschii) in sediments of lakes Trout, William, and Joseph at this time, as well as other indicators of change such as the increase in values of inferred total phosphorus and δ¹³C, and the decrease in the C/N ratio, indicate that this event has strongly accentuated their eutrophication. This can be attributed to facilitated arrivals of more concentrated wastewater from Thetford Mines following the disappearance of Black Lake which previously had a buffer role. The drainage of Black Lake also caused sediment accumulation rates to explode in Stater Pond and lakes Trout and William. These water bodies continued to receive abnormally high amounts of sedimentary material (up to 1.4 cm yr⁻¹; 1.0 g cm⁻² yr⁻¹) during decades that followed this event. Recent depositions (≥ 1960 CE) have a low organic matter content, and high magnesium, chromium, and nickel enrichment levels consistent with the geochemical signature of asbestos tailings. Results demonstrate that the mining waste piles located alongside the Bécancour River erode massively towards aquatic environments and form the predominant modern source of sediments in water bodies downstream from Thetford Mines. In addition to metallic pollution, mining activities and contaminants led to a pronounced increase in asbestos fiber accumulation rates and concentrations (reaching up to 6.9 wt%) in sediments of all study sites. This doctoral thesis shows that asbestos mining activities and associated wastes may have major impacts on aquatic ecosystems. Pollution related to the mining waste piles and Thetford Mines wastewater must be controlled more efficiently to achieve preservation and restoration of water bodies of the Bécancour River Basin.

Cette thèse est une étude paléolimnologique et environnementale de la région nord-côtière de la péninsule d'Ungava, Nunavik (Québec nordique, Canada). Son objectif principal était d'évaluer l'ampleur des variations environnementales et climatiques survenues dans cette région pendant l'Holocène, et de mieux comprendre leurs effets sur l'évolution des écosystèmes lacustres. Une méthodologie variée a été utilisée afin d'atteindre les objectifs spécifiques. Tout d'abord, l'analyse du signal isotopique des eaux météoriques a permis de caractériser certains paramètres hydroclimatiques et de dresser une ligne locale des eaux météoriques, contribuant à une meilleure compréhension du système climatique actuel de la région. Puis, sept séquences sédimentaires lacustres ont été analysées. Des chronologies ont été établies utilisant deux méthodes de datation basées sur l'analyse isotopique radioactive (210Pb et 14C). Dû à l'absence de restes végétaux de masse suffisante, les acides mimiques contenus dans les sédiments ont servi pour le traitement ' C. Cette technique peu utilisée a généré de bons résultats, surtout pour le début du postglaciaire. L'analyse du contenu fossilifère des sédiments a révélé que les assemblages de Chironomidae avaient réagi à la déglaciation de façon similaire et synchrone dans des localités éloignées de quelque 300 km. L'application de deux modèles d'inférence basés sur les assemblages modernes de Chironomidae a généré des reconstitutions quantitatives des températures de l'air de l'eau de surface estivale à des résolutions temporelles variées. Leur comparaison a mis en évidence certaines incertitudes accompagnant de telles reconstitutions, malgré les traitements et tests statistiques rigoureux. Finalement, l'analyse de la diversité et la composition des assemblages fossiles de diatomées dans les lacs à l'étude a démontré qu'elles étaient demeurées très stables pendant les 3000 à 5000 dernières années. Cette stabilité indique que la région n'a pas subi de variations environnementales assez importantes depuis la fin de la déglaciation pour avoir eu un impact majeur sur ces organismes, considérés comme étant sensibles à tout changement dans leur environnement physico-chimique. Toutefois, de récentes augmentations de la quantité d'algues siliceuses et du contenu en carbone organique du sédiment suggèrent que la région serait en train de se réchauffer à un degré encore jamais atteint durant l'Holocène. / This thesis is a paleolimnological and environmental study of the North coastal region of Ungava Peninsula, Nunavik (northern Québec, Canada). Its main goal was to evaluate the extent of environmental and climatic variations in this region during the Holocene, and to better understand their effects on lake ecosystems. A combination of biogeochemical and biostratigraphic approaches was used to reach this objective. Firstly, the isotopic signal of meteoric waters was analysed in order to characterize modem hydroclimatic parameters. A local meteoric water line was generated and contributed to a better understanding of the current climate system in the study region. Secondly, seven lacustrine sediment cores were analysed. Chronologies were established using a combination of two dating methods based on radioactive isotope decay (210Pb and 14C). Due to the absence of plant remains of sufficient mass, the humic acid fraction of the sediments was used for the 14C dating. This rarely used technique generated good results for the early postglacial in particular. A detailed analysis of the microfossil contents of the sediment cores revealed that the fossil chironomid larval assemblages responded to the effects of glaciation in a similar and synchronous fashion at locations separated by some 300 km. Two inference models based on modem chironomid assemblages allowed reconstructions of past August air and summer surface water temperatures over various timescales, but also revealed uncertainties that accompany such quantitative inferences despite sophisticated screening techniques. Finally, an in-depth analysis of the abundance, diversity and composition of the fossil diatom assemblages in each of the study lakes provided new insights into the primary productivity of these lakes at various times during the Holocene. The high level of stability in diatom assemblage composition since the end of glaciation indicates that the study region did not experience environmental changes that were ecologically profound enough to these organisms, generally considered to be sensitive to variations in the physical and chemical conditions of their habitat. Recent increases in abundances of siliceous microfossils and sediment organic matter content suggest that the region might be showing early signs of unprecedented climatic warming.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 mai 2023) / Une méthodologie permettant de caractériser la température des eaux pluviales a été développée dans le cadre de cette étude et comprend le suivi de la température du ruissellement au milieu récepteur. Cette méthodologie nécessite des thermographes déployés dans l'air (au soleil et à l'ombre) et dans l'eau (au niveau du ruissellement, des puisards, des regards pluviaux, et du cours d'eau récepteur). Une caractérisation de la pollution thermique induite par le ruissellement sur les surfaces imperméables a été effectuée sur le site Juste Plourde à Rivière-du-Loup. Les eaux de ruissellement ont atteint 27,8 ℃ et la différence entre la température maximale des eaux et la température de l'air moyenne journalière a atteint 7,0 ℃. Des augmentations significatives ont été observées dans le ruisseau recevant ces eaux pluviales pendant des évènements pluvieux allant jusqu'à 3,1 ℃. Plusieurs augmentations rapides de plus de 1 ℃ sur 5 min (quick surges) ont également été observées. La température dans le ruisseau en période de pluie a dépassé le seuil critique de stress thermique pour l'habitat du poisson (en particulier celui de l'omble de fontaine) de 20 ℃, jusqu'à 21,5 ℃. La sensibilité thermique du cours d'eau semble augmenter en temps de pluie. Une diminution significative de la température des eaux pluviales a été observée tout au long du parcours des eaux : du ruissellement aux conduites, des conduites au dernier regard pluvial et de l'émissaire au milieu récepteur. Plusieurs paramètres hydrométéorologiques ont été explorés dans le but de prédire la température de l'eau du ruisseau en période de pluie et la température des eaux de ruissellement. Une corrélation significative a pu être observée entre la température maximale de l'eau du ruisseau en temps de pluie et deux paramètres hydrométéorologiques : la température de l'air moyenne journalière et le débit de l'effluent pluvial. Une corrélation a pu être observée entre la température maximale des eaux de ruissellement et la température de l'air moyenne journalière. Des modèles additifs généralisés ont alors pu être élaborés. Un suivi de l'impact des eaux pluviales sur la qualité des eaux dans le milieu récepteur a également été effectué. L'impact des eaux pluviales sur la déposition de sédiments dans le ruisseau a été exploré. Aucun impact significatif n'a toutefois été détecté. Bien que non concluante, la performance thermique d'un bassin de rétention sec a également été explorée. Sa performance qualitative a été caractérisée en suivant la déposition des sédiments en amont et aval du bassin sec.

Les problèmes de gestion des réservoirs sont stochastiques principalement à cause de l’incertitude sur les apports naturels. Ceci entraine des modèles d’optimisation de grande taille pouvant être difficilement traitables numériquement. La première partie de cette thèse réexamine la méthode d’agrégation de scénarios proposée par Rockafellar et Wets (1991). L’objectif consiste à améliorer la vitesse de convergence de l’algorithme du progressive hedgging sur lequel repose la méthode. L’approche traditionnelle consiste à utiliser une valeur fixe pour ce paramètre ou à l’ajuster selon une trajectoire choisie a priori : croissante ou décroissante. Une approche dynamique est proposée pour mettre à jour le paramètre en fonction d’information sur la convergence globale fournie par les solutions à chaque itération. Il s’agit donc d’une approche a posteriori. La thèse aborde aussi la gestion des réservoirs par la programmation dynamique stochastique. Celle-ci se prête bien à ces problèmes de gestion à cause de la nature séquentielle de leurs décisions opérationnelles. Cependant, les applications sont limitées à un nombre restreint de réservoirs. La complexité du problème peut augmenter exponentiellement avec le nombre de variables d’état, particulièrement quand l’approche classique est utilisée, i.e. en discrétisant l’espace des états de « manière uniforme ». La thèse propose une approche d’approximation sur une grille irrégulière basée sur une décomposition simpliciale de l’espace des états. La fonction de valeur est évaluée aux sommets de ces simplexes et interpolée ailleurs. À l’aide de bornes sur la vraie fonction, la grille est raffinée tout en contrôlant l’erreur d’approximation commise. En outre, dans un contexte décision-information spécifique, une hypothèse « uni-bassin », souvent utilisée par les hydrologues, est exploitée pour développer des formes analytiques pour l’espérance de la fonction de valeur. Bien que la méthode proposée ne résolve pas le problème de complexité non polynomiale de la programmation dynamique, les résultats d’une étude de cas industrielle montrent qu’il n’est pas forcément nécessaire d’utiliser une grille très dense pour approximer la fonction de valeur avec une précision acceptable. Une bonne approximation pourrait être obtenue en évaluant cette fonction uniquement en quelques points de grille choisis adéquatement. / Reservoir operation problems are in essence stochastic because of the uncertain nature of natural inflows. This leads to very large optimization models that may be difficult to handle numerically. The first part of this thesis revisits the scenario aggregation method proposed by Rochafellar and Wets (1991). Our objective is to improve the convergence of the progressive hedging algorithm on which the method is based. This algorithm is based on an augmented Lagrangian with a penalty parameter that plays an important role in its convergence. The classical approach consists in using a fixed value for the parameter or in adjusting it according a trajectory chosen a priori: decreasing or increasing. This thesis presents a dynamic approach to update the parameter based on information on the global convergence provided by the solutions at each iteration. Therefore, it is an a posteriori scheme. The thesis also addresses reservoir problems via stochastic dynamic programming. This scheme is widely used for such problems because of the sequential nature of the operational decisions of reservoir management. However, dynamic programing is limited to a small number of reservoirs. The complexity may increase exponentially with the dimension of the state variables, especially when the classical approach is used, i.e. by discretizing the state space into a "regular grid". This thesis proposes an approximation scheme over an irregular grid based on simplicial decomposition of the state space. The value function is evaluated over the vertices of these simplices and interpolated elsewhere. Using bounds on the true function, the grid is refined while controlling the approximation error. Furthermore, in a specific information-decision context, a "uni-bassin" assumption often used by hydrologists is exploited to develop analytical forms for the expectation of the value function. Though the proposed method does not eliminate the non-polynomial complexity of dynamic programming, the results of an industrial case study show that it is not absolutely necessary to use a very dense grid to appropriately approximate the value function. Good approximation may be obtained by evaluating this function at few appropriately selected grid points.

La théorie transgouvernementale s’appuie sur l’existence de réseaux transfrontaliers entre composantes de l’État exerçant des fonctions similaires dans une optique de gestion de problèmes communs. Le transgouvernementalisme canado-américain se caractérise par un faible abandon de souveraineté des partenaires, une forte participation des acteurs régionaux, une informalité dans les relations et une intégration des secteurs privé et public et de la société civile au sein de réseaux mixtes. Le modèle de gouvernance binationale en place dans la région du bassin du Saint-Laurent et des Grands Lacs présente toutes les caractéristiques du modèle typique d’intégration transgouvernementale canado-américain. Une analyse poussée révèle en effet une matrice complexe et solide de réseaux transgouvernementaux dont les multiples ramifications s’étendent aujourd’hui beaucoup plus loin que le strict cadre des ententes sous l’égide desquelles ces réseaux ont pris naissance. Si le modèle de l’intégration par réseaux transgouvernementaux apparaît comme la solution retenue par les pouvoirs publics dans la gestion collaborative du bassin du Saint-Laurent et des Grands Lacs, s’agit-il du modèle à privilégier en ce qui a trait à la gouvernance du Passage du Nord-Ouest? Bien que le modèle en place dans la région du Saint-Laurent et des Grands Lacs ne puisse être reproduit intégralement relativement à la gestion du Passage du Nord-Ouest, un modèle d’intégration transgouvernementale, du « bas vers le haut », axé sur la mise en place d’une réglementation commune en matière de navigation et sur une intégration opérationnelle visant à assurer la mise en œuvre de cette règlementation, s’avère approprié pour la gestion du Passage du Nord-Ouest. / Transgovernmentalism is based on the existence of transboundary networks between sub-national entities exercising similar functions in order to address common issues. Canada-United States transgovernmentalism can be characterised by limited relinquishment of sovereignty by partners, significant participation of regional actors, informality in the relations and the integration of the private and public sectors and civil society into mixed networks. The governance model in place in the St. Lawrence basin and the Great Lakes region presents all the features of the typical model of Canada-United States transgovernmentalism. A thorough analysis indeed reveals a complex and strong matrix of transgovernmental networks which ramifications now extend far beyond the strict framework of agreements under whose auspices these networks arose. However, if transgovernmentalism is the solution adopted by both governments for the collaborative management of the St. Lawrence basin and the Great Lakes, it is an appropriate governance model for the management of the Northwest Passage? Although the model in place in the region of the St. Lawrence basin and the Great Lakes can not be entirely reproduced for the management of the Northwest Passage, a “bottom-up” transgovernmental model focused on the implementation of common rules in the field of navigation, and on collaboration at the operational level to ensure the implementation of this regulation, is appropriate for the management of Northwest Passage.

La publication de Théorie de la justice par John Rawls en 1971 a apporté un nouvel élan à la philosophie politique. Plusieurs commentaires et critiques de ce livre ont ainsi nourri la réflexion sur la question de la justice sociale dans son application à l’échelle mondiale. Dans ce livre, l’auteur a démontré entre autres que la démocratie libérale permet aux citoyens ayant diverses conceptions du bien, conceptions religieuses, philosophiques ou morales, souvent incompatibles et irréconciliables, d’avoir par ailleurs une conception politique de la rectitude morale et de la justice comme fondement de la structure de base de leur société. Ceci permet alors de soutenir l’unité politique et sociale de cette structure sur une base rationnelle et raisonnable. Par la suite, dans The Law of Peoples, Rawls a présenté un autre projet, celui d’étendre cette conception à la ‘Société des peuples’ qui, pour lui, est une idéalisation du regroupement des peuples qui respectent les idéaux et les principes du ‘Droit des peuples’ dans leurs relations mutuelles, le ‘Droit des peuples’ étant, pour Rawls, une conception politique particulière de la rectitude morale et de la justice qui s’applique aux principes et aux normes du droit et des usages internationaux. Ce projet de Rawls est, comme il l’a nommé lui-même, une utopie réaliste. Partant de cette dernière comme d’un prétexte, notre étude s’inscrit dans un champ de recherche particulier de la philosophie politique, à savoir l’éthique des relations internationales. Elle se veut une contribution à l’élaboration d’une réflexion normative portant sur les principes fondamentaux de justice dans l’ordre international tel qu’il se présente dans les institutions qui l’incarnent aujourd’hui encore, comme le système des Nations Unies, et sur les conséquences de cet ordre dans l’intégration des pays de la région africaine des Grands Lacs. D’où ces questions : Qu’est-ce que l’utopie rawlsienne change-t-elle à l’ordre mondial actuel? Ses principes fondent-ils une éthique susceptible d’améliorer les relations internationales? Quelle serait la place des pays africains, et plus spécialement ceux de la région des Grands Lacs, dans l’ordre mondial inhérent à ce projet? Les réponses à ces questions déterminent ce qui pourrait être considéré comme l’éthique de la gouvernance démocratique globale et les structures pouvant l’incarner. / The publishing of A Theory of Justice by John Rawls in 1971 brought a new impetus to political philosophy. Several comments and critical analyses of this book have thus provided food for thought on the issue of social justice in its application on a world scale. In this book, the author has demonstrated, among other things, that liberal democracy allows citizens with different conceptions of good – whether religious, philosophical or moral – often incompatible and irreconcilable, to have, otherwise, a political conception of moral rectitude and justice as the foundation of the basic structure of their society. This allows to support the political and social unity of this basic structure on a rational and reasonable basis. Subsequently, in his book The Law of Peoples, Rawls presented another project, that of extending that concept to the “Society of Peoples” which, for him, is an idealization of the regrouping of those people who respect the ideals and principles of the Law of peoples in their mutual relations, the “Law of peoples” being, for him, a particular political conception of moral rectitude and justice that is applicable to principles and standards of international law and customs. This project, as Rawls called it himself, is a realistic utopia. Based on the latter as an excuse, our study is in keeping with a particular field of research in political philosophy – namely, the ethics of international relations. It is intended as a contribution to the development of a normative reflection on the fundamental principles of justice in the international order as it is found in the institutions that still embody it nowadays – such as the United Nations Organization – and on the consequences of that order in the integration of the countries of the African region of the Great Lakes. This raises questions such as: What changes does the rawlsian utopia bring to the current world order? Are its principles the basis for an ethic susceptible of improving international relations? What would be the role of African countries, particularly those of the Great Lakes, in the world order inherent in this project? The answers to these questions determine what could be considered the ethics of global democratic governance and the structures which embody it.

Depuis la découverte d’archées capables d’oxyder l’ammoniac en milieu aérobie, de nombreuses études ont mesuré en simultané les taux de nitrification et la diversité des organismes oxydant l’ammoniac dans la colonne d’eau des milieux marins. Malgré l’importance globale des lacs d’eau douce, beaucoup moins d’études ont fait la même chose dans ces milieux. Dans cette étude, nous avons évalué l’importance de la nitrification et caractérisé la communauté microbienne responsable de la première étape limitante de la nitrification dans un lac tempéré durant une année entière. L’utilisation de traceur isotopique 15NH4 nous a permis de mesurer des taux d’oxydation d’ammoniac à deux profondeurs dans la zone photique tout au long de l’année. Les taux d’oxydation d’ammoniac varient de non détectable à 333 nmol L-1 j-1 avec un pic d’activité sous la glace. De toutes les variables environnementales mesurées, la concentration d’ammonium dans la colonne d’eau semble avoir le plus grand contrôle sur les taux d’oxydation d’ammoniac. Nous avons détecté la présence d’archées (AOA) et de bactéries oxydante d’ammoniac (BOA) à l’aide de tests par réaction en chaîne de la polymérase (PCR) ciblant une partie du gène ammoniac monoxygénase (amoA). Les AOA et les BOA ont été détectées dans la zone photique du lac, cependant seules les AOA étaient omniprésentes durant l’année. Le séquençage du gène amoA des archées révèle que la majorité des AOA dans le lac sont membres du groupe phylogénétique Nitrosotalea (également appelé SAGMGC-1 ou groupe I.1a associé), ce qui confirme la pertinence écologique de ce groupe dans les eaux douces oligotrophes. Globalement, nos résultats indiquent l’hiver comme étant un moment propice pour l’oxydation de l’ammoniac dans les lacs tempérés. Cette étude fournit un point de référence pour la compréhension du processus d’oxydation de l’ammoniac dans les petits lacs oligotrophes. / Since the discovery that some archaea are able to oxidize ammonia aerobically, several studies have focused on measuring nitrification rates and identifying the diversity of planktonic ammonia oxidizers in marine systems. Despite the global importance of freshwater lakes, far fewer studies have done the same in these ecosystems. Here we investigated the importance of nitrification and characterize the microbial community catalyzing the first rate-limiting step of nitrification over an annual cycle in a temperate lake. The measurements of ammonia oxidation rates, using the 15NH4+ isotope tracer method, at two depths in the photic zone show that this process occurred throughout the entire year in the lake. Rates of ammonia oxidation ranged from undetectable to 333 nmol L-1 d-1 with a peak of activity during winter. Off all environmental variables measured, ammonium concentrations in the water-column seem to have the strongest effect on the magnitude of ammonia oxidation rates. We detected the presence of ammonia-oxidizing archaea (AOA) and bacteria (AOB) using polymerase chain reaction (PCR) assays targeting part of the ammonia monooxygenase (amoA) gene. Both AOA and AOB were detected in the photic zone of the lake, although only AOA were omnipresent over the year. The sequencing of archaeal amoA genes reveals that most of the AOA in the lake are members of the Nitrosotalea cluster (also referred as SAGMGC-1 or group I.1a associated), which confirms the ecological relevance of this cluster in oligotrophic freshwaters. Altogether, our results indicate that winter may be a critical time for ammonia oxidation in temperate lakes and provide a baseline for the understanding of ammonia oxidation in small oligotrophic lakes.