Cette étude porte sur l’utilisation des outils de la géostatistique pour évaluer l’importance des phénomènes de sédimentation dans le barrage Akdarya en Ouzbékistan. Les analyses de variogrammes et les techniques d’interpolation par krigeage ont permis de générer des données dans les zones non échantillonnées du barrage. A l’aide des données de terrain complétées par les données produites par les outils géostatistiques, de nouvelles cartes bathymétriques du barrage ont été générées et ont permis de calculer de façon précise l’évolution du volume d’eau stocké en fonction du taux de sédimentation. / Sedimentation processes in man-made water reservoirs reduce their main asset: the volume storage capacity. This raises engineering, environmental and economic issues for the communities around the world and in particular for the areas affected by strong water deficit. Because of Uzbekistan’s arid climatic conditions and uneven spatial and temporal water resources distribution, responsive and innovative water availability assessment surveys of all major water reservoirs are required. Bathymetric survey is a traditional method that is carried out for the estimation of reservoir volumes and surface areas for the corresponding reservoir stages in order to assess the water availability. Volume and surface area differences derived from multiple surveys of a reservoir provide storage loss estimates over time due to sedimentation. However, two main factors such as intensive field data measurement and post data-processing often limit the frequency of these surveys. Alternatively, innovative depth measurement technologies coupled with contouring and surface mapping programs provide automated reservoir volume and surface area calculations. This significantly reduces time, work load and financial burdens for reservoir sedimentation projects. This study deals with the use of a geostatistical approach to assess the reservoir sedimentation in the Akdarya reservoir in Uzbekistan. Geostatistical approach includes (semi-) variogram analysis and interpolation (kriging and simulations (turning bands)) techniques predicting values at unsampled locations for generating digital bathymetric surface models of reservoir bottom conditions in order to calculate volume and surface area at given water elevation. Simulation enables to have range of reservoir volumes and surface areas with the same probability in comparison to the kriging and traditional methods. This gives a real estimation of the water resource availability for operators and managers to sustainably manage natural resources and hydraulic infrastructure.

La résistance du till de la Romaine 3 a été étudiée sous sollicitations cycliques grâce à un nouvel appareil de cisaillement simple cyclique. Les essais ont été effectués à différentes teneurs en eau de compactage (côté sec et côté humide de l’optimum Proctor) et à différentes contraintes de cisaillement cyclique. Il a été démontré que les échantillons compactés du côté sec de l’optimum Proctor ont nécessité environ dix fois plus de cycles de cisaillement pour atteindre la rupture que les échantillons compactés du côté humide. Les essais effectués à faible ratio de cisaillement ont aussi nécessité l’application de dix fois plus de cycles de cisaillement que ceux effectués à ratio de cisaillement élevé avant d’atteindre la rupture. Le projet de recherche présenté s’inscrit dans le cadre de la chaire de recherche industrielle CRSNG – Hydro-Québec sur l’optimisation du cycle de vie des barrages en remblai. / The resistance of Romaine 3 till was studied under cyclic loading using a new cyclic simple shear apparatus. The tests were carried out at different compaction water contents (dry and wet sides of Proctor optimum) and at different cyclic shear stress levels. It was found that ten times more cycles were needed for samples compacted on the dry side of optimum to reach failure than for samples compacted on the wet side of optimum. It was also found that the tests carried out at low cyclic stress ratio took ten times more cycles to reach failure then tests carried out at high cyclic stress ratios. The presented research project is part of the NSERC – Hydro-Québec Industrial Research Chair in life cycle optimisation for embankment dams.

Un carottier à triple paroi a permis la récupération d'échantillons de calibre PQ3 et ZQ3, dans le till glaciaire des fondations du barrage Jules-Allard, dans le sud du Québec. Des essais cross-hole ont permis d'obtenir des modules de Young variant entre 1300 et 2600 MPa. Les essais triaxiaux consolidé non drainés de chargement monotones ont permis l'obtention de modules de Young Emax variant entre 290 et 6000 MPa, notamment en fonction de la fraction de gravier de l'échantillon. Les modules de Young des échantillons de calibre ZQ3 étaient similaires à ceux obtenus avec les essais cross-hole et leurs coefficients de Poisson étaient régulièrement nuls. Lors d'essais triaxiaux de chargement cycliques, les échantillons ont subi une contraction, avant de dilater à l'atteinte d'un point de transformation de phase, lorsque les contraintes ont croisé le cheminement de contraintes d'un échantillon chargé de façon monotone, à la même contrainte effective de consolidation. Mots clés: transformation de phase, comportement cyclique, till glaciaire, module de Young, vitesse de propagation d'onde de cisaillement, coefficient de Poisson. / A triple tube wireline core barrel allowed to retrieve PQ3 and ZQ3 calibre samples from the foundation glacial till of the Jules-Allard dam, South of Quebec. Cross-hole testing allowed to obtain Young's modulus ranging from 1300 to 2600 MPa. Consolidated-undrained triaxial monotonic testing, yielded Young's modulus Emax ranging between 290 MPa and 6000 MPa, notably as a function of the amount of gravel particles present in the samples. ZQ3 samples Young modulus were similar to those obtained using the cross-hole testing. In addition, the Poisson's ratio of these samples were regularly zero. During cyclic triaxial testing, contraction was followed by dilation when the samples reached a phase transformation point and the stress path intersected the stress path of a monotonically loaded sample having the same effective consolidation stress. keywords: phase transformation, cyclic behaviour, glacial till, Young's modulus, shear wave velocity, Poisson's ratio.

Les réservoirs constituent des ouvrages de retenue d'eau qui permettent de supporter une vaste gamme d'activités humaines telles que la production d'électricité et d'eau potable, l'irrigation, la navigation, etc. L'Est de la région boréale canadienne compte une part importante de réservoirs hydroélectriques. Le contexte actuel des changements climatiques affecte fortement ces écosystèmes et modifie ainsi l'hydrologie et la climatologie régionale via les échanges d'eau, d'énergie et de gaz à effet de serre (dioxyde de carbone, méthane, vapeur d'eau) avec l'atmosphère. Parmi ces échanges, l'évaporation, une composante essentielle des modèles climatique et hydrologique, demeure encore difficile à estimer à ce jour. Le bilan hydrique d'un réservoir reflète l'équilibre entre les flux massiques entrant et sortant, et permet d'anticiper l'évolution des volumes d'eau disponibles pour supporter les différents usages anthropiques. Il se compose des flux entrant et sortant, de la précipitation, de l'évaporation, qui mis ensemble peuvent faire varier le volume d'eau stocké. Via l'évaporation, le bilan d'énergie d'un réservoir est couplé au bilan hydrique, ce qui en motive son étude. Le bilan d'énergie d'un réservoir compare les flux de chaleurs advectifs, turbulents (sensible et latent) et de rayonnement net. Même si beaucoup d'études ont analysé et quantifié le bilan énergétique des plans d'eau, des lacunes demeurent. En effet, peu d'entre elles ont été effectuées sur des réservoirs hydroélectriques, de surcroît en zone boréale. De plus, lorsque disponibles, les observations ont généralement des portées spatiale et temporelle limitées. L'objectif principal de cette thèse est de pallier ces insuffisances en réalisant une analyse des échanges eau-atmosphère d'un réservoir hydroélectrique profond à plusieurs échelles spatiales (locale ~ ha; régionale ~ km²) et temporelles (journalière, mensuelle et annuelle), puis en quantifiant les bilans de masse et d'énergie en incluant les échanges advectifs liés au turbinage du réservoir. Notre démarche expérimentale s'appuie sur une campagne de mesures réalisée sur le réservoir Romaine-2 (50.68°N, 63.25°O), exploité par Hydro-Québec depuis 2015, situé à 243 m d'altitude au Québec, Canada. Le réservoir présente des profondeurs moyenne de 44 m et maximale de 101 m, une superficie maximale de 85.6 km² avec un marnage annuel maximal de 17 m. Deux tours à flux mesurant le bilan d'énergie thermique ont été déployées de juin 2018 à juin 2022, l'une sur la berge et la seconde sur un quai flottant ancré au fond du réservoir et déployé en période d'eau libre chaque année. L'objectif principal de la thèse est décliné en trois objectifs spécifiques. Le premier objectif consiste à évaluer l'applicabilité sur un plan d'eau d'une méthode récente de mesure des flux turbulents à l'échelle régionale (~ km²), soit la scintillométrie à deux longueurs d'onde. Les résultats sont comparés avec ceux de la méthode de référence à l'échelle locale (~ ha), la covariance des tourbillons, réalisée à partir d'un quai flottant. La méthode de scintillométrie repose sur deux couples d'émetteurs/récepteurs installés de part et d'autre du réservoir Romaine-2 et émettant deux faisceaux situés pour l'un dans l'infrarouge et pour l'autre dans le domaine des micro-ondes, sur une distance de 1745 m et à une hauteur approximative de 10 m au-dessus de la surface du plan d'eau. Les résultats révèlent une concordance acceptable des flux de chaleur sensible, mais moins probante quant aux flux de chaleur latente qui sont surestimés par rapport à la méthode locale de covariance des tourbillons. L'empreinte de mesure plus large des scintillomètres peut expliquer ces différences en captant une plus grande hétérogénéité dans les flux. Enfin, la différence de température eau-air se révèle être un bon indicateur du régime de stabilité et par conséquent de la direction (i.e., signe) du flux de chaleur sensible, initialement mal attribué par la scintillométrie. Pour le deuxième objectif, les variabilités journalière, mensuelle et interannuelle de l'évaporation mesurée à l'échelle locale au-dessus du réservoir Romaine-2 sont quantifiées et analysées. Les résultats montrent un déphasage de 12 heures entre les flux de chaleurs sensible et latente pendant la période d'eau libre. Le flux de chaleur sensible répond avant tout à la différence de température eau-air qui est maximale la nuit et minimale l'après-midi, tandis que le flux de chaleur latente est corrélé à l'énergie apportée par le rayonnement solaire qui est maximale l'après-midi et minimale la nuit. Annuellement, l'évaporation atteint 590 mm en moyenne (minimum de 555 mm, et maximum de 656 mm), ce qui représente environ 51 % de la précipitation annuelle. 84% de l'eau est évaporée entre août et décembre, période pendant laquelle le réservoir largue intensément sa chaleur stockée dans une atmosphère plus froide. L'évaporation annuelle cumulée a dû être corrigée à la hausse par application de la fraction d'énergie perdue sur une année énergétique (aucun stockage net). Pour le troisième objectif, l'évolution temporelle du régime thermique du réservoir est caractérisée par des mesures de profil thermique de la colonne d'eau, à l'aide de deux chaînes de thermistors, et ce entre juin 2018 et juin 2022. Les données de turbinage offrent la possibilité de quantifier le bilan hydrique du réservoir ainsi que le bilan d'énergie complet associé. Les résultats montrent que les couches supérieures affichent des décalages d'amplitudes thermique et temporel avec les couches plus profondes. La variabilité interannuelle de la thermocline reste faible, mais sa profondeur et son gradient thermique varient en fonction du niveau d'eau et du turbinage. Le bilan hydrique est dominé en entrée et en sortie par les débits turbinés (61.4% du réservoir amont et 88.0% via la centrale en aval), tandis que le bilan d'énergie est principalement gouverné en entrée par le rayonnement net (62.3%) et en sortie dans les mêmes proportions par les flux de chaleurs sensible et latente (41.2%) et le débit sortant du réservoir (37.4%). Cette thèse offre donc une analyse méthodique et structurée de résultats obtenus sur une longue période de campagne en milieu éloigné, sur la base de méthodes de mesure peu usitées jusqu'alors dans une région climatique parfois hostile d'un réservoir hydroélectrique en milieu boréal côtier, la basse Côte Nord du Québec. / Reservoirs are water retention structures that support a wide range of human activities such as power generation, drinking water, irrigation, navigation, etc. The eastern part of the Canadian boreal region has a significant amount of hydroelectric reservoirs. The current context of climate change strongly affects these ecosystems and thus modifies regional hydrology and climatology through the exchange of water, energy and greenhouse gases (carbon dioxide, methane, water vapour) with the atmosphere. Among these exchanges, evaporation, an essential component of climate and hydrological models, remains difficult to estimate to this day. The water balance of a reservoir represents the balance between incoming and outgoing mass flows, and allows to anticipate the evolution of the volumes of water available to support the different anthropic uses. It is composed of lateral and upstream inflows and outlet flows (i.e. spillway and turbine), precipitation and evaporation, which together can vary the volume of water stored. Through evaporation, the energy balance of a reservoir is coupled to the water balance, which motivates its study. The energy balance of a reservoir compares advective, turbulent (sensible and latent) and net radiation heat fluxes. Although many studies have analysed and quantified the energy balance of water bodies, there are still gaps. Indeed, few of them have been carried out on hydroelectric reservoirs, especially in boreal zones. Moreover, when available, the observations generally have limited spatial and temporal scope. The main objective of this thesis is to overcome these shortcomings by analyzing the water-atmosphere exchanges of a deep hydroelectric reservoir at several spatial (local ~ ha; regional ~ km²) and temporal (daily, monthly and annual) scales, and then quantifying the mass and energy balances by including the advective exchanges related to the reservoir turbining. Our experimental approach is based on a measurement campaign carried out on the Romaine-2 reservoir (50.68°N, 63.25°W), operated by Hydro-Québec since 2015, located at 243 m altitude in Quebec, Canada. The reservoir has an average depth of 44 m and a maximum depth of 101 m, a maximum surface area of 85.6 km² with a maximum tidal range of 17 m. Two flux towers measuring the thermal energy balance were deployed from June 2018 to June 2022, one on the shore and the second on a floating raft anchored to the bottom of the reservoir and deployed during the open water period each year. The main objective of the thesis is broken down divided into three specific objectives. The first objective is to evaluate the applicability on a water body of a recent method for measuring turbulent flows on a regional scale (~ km²), i.e. two-wavelength scintillometry. The scintillometry method is based on two transmitter/receiver installed on either side of the Romaine-2 reservoir and emitting two beams, one in the infrared and the other in the microwave bands, over a distance of 1745 m and at a height of approximately 10 m above the water surface. The results show acceptable agreement for sensible heat fluxes, but less agreement for latent heat fluxes which are overestimated compared to the local eddy covariance method. The larger footprint of the scintillometers may explain these differences by capturing greater heterogeneity in the fluxes. Finally, the water-air temperature difference turns out to be a good indicator of the stability regime and therefore of the direction (i.e., sign) of the sensible heat flux, initially poorly assigned by scintillometry. For the second objective, the daily, monthly and interannual variabilities of evaporation measured at the local scale above the Romaine-2 reservoir are quantified and analysed. Results show a 12-hour phase shift between sensible and latent heat fluxes during the open water period. The sensible heat flux responds primarily to the water–air temperature difference which is maximum at night and minimum in the afternoon, while the latent heat flux is related to the energy provided by solar radiation which is maximum in the afternoon and minimum at night. Annually, evaporation averages 590 mm (minimum and maximum 555 mm and 656 mm respectively), which represents about 51% of the annual precipitation. 84% of the water is evaporated between August and December, when the reservoir intensively releases its stored heat into a colder atmosphere. The annual cumulative evaporation is then corrected upwards by considering the ratio of the energy budget over an energy year (no net storage). As a third objective, the temporal trends of the reservoir thermal regime is characterized by thermal profile measurements of the water column using two thermistors chains, between June 2018 and June 2022. The turbining data provides the opportunity to quantify the water budget of the reservoir and the associated full energy budget. Results show that there are temporal thermal amplitude lags between the surface and the deeper layers. The interannual variability of the thermocline remains small, but the depth and thermal gradient vary with water level and turbining. The water budget is dominated at the inlet and outlet by the turbined flows (61.4% from the upstream reservoir and 88.0% via the downstream power station), while the energy budget is mainly governed at the inlet by net radiation (62.3%) and at the outlet by both the sensible and latent heat fluxes (41.2%) and reservoir flow (37.4%). Ultimately, this thesis provides a methodical and structured analysis of results obtained over a long period of fieldwork in a remote environment. It is based on measurement technics that have not been widely used up to now in a hostile climatic region of a coastal boreal hydroelectric reservoir, the lower Côte Nord of Québec.

Barrages de corrections torrentielles et plages de dépôts jouent un rôle clés dans la protection contre les crues des torrents. Leurs gestionnaires ont pour mission de réduire les risques d'inondations, mais doivent désormais aussi minimiser les impacts environnementaux liés aux ouvrages de protection. Ceci nécessite une meilleure compréhension des effets des barrages de corrections torrentielles et des plages de dépôts sur le transport sédimentaire des torrents. Cette thèse s'inscrit dans cet objectif et se décompose en deux parties. Sa section sur l'état de l'art présente: i) les différents effets des barrages de correction torrentielle sur la production et le transfert sédimentaire; ii) des descriptions des processus hydrauliques et de sédimentation ayant lieu dans les plages de dépôts; et iii) les processus liés à la production et au transfert de bois d'embâcle. Une nouvelle méthode de quantification de la production sédimentaire des torrents complète cet état de l’art.La seconde partie de cette thèse présente le travail réalisé en banc d’essai expérimental. Une première série d’expérience a permis de mettre en évidence un transport par charriage plus régulier lorsque des barrages de correction torrentielle sont ajoutés à un bief alluvial. Une seconde série d’essais a été réalisée sur un modèle générique de plage de dépôt dans l’objectif d’en caractériser les écoulements. Pour cela, une nouvelle procédure de mesure et de reconstruction par approche inverse a été développée. Il en résulte une description des caractéristiques d’un écoulement proche du régime critique, ainsi que des mécanismes de rétrocontrôle entre morphologie et hydraulique pendant la phase de dépôt. / Check dams and open check dams are key structures in torrent hazard protection. Their managers must mitigate flood hazards, but now must also minimize the environmental impacts of these protection structures. This requires to improve the knowledge on the effects of check dams and open check dams on the sediment transport, and this thesis forms a contribution towards this end.The section on the current state of research reviews i) the diverse effects of check dams on sediment production and transfer; ii) descriptions of the hydraulics and sedimentation processes occurring in open check dams; and iii) woody debris production and trapping processes. This state of the art is completed with proposition of new bedload transport estimation methods, specifically developed for paved streams experiencing external supply or armour breaking.Experimental results are then provided. Firstly, flume experiments highlight the emergence of a more regular bedload transport when check dams are built in alluvial reaches. In a second stage, experiments were performed on a generic Froude scale model of an open check dam basin in order to capture the features of laterally-unconstrained, highly mobile flows. A new flow measurement and inverse-reconstruction procedure has been developed. A preliminary analysis of the results describes flows that tend toward a critical regime and the occurrence of feedback mechanisms between geomorphology and hydraulics during massive bedload deposition.

Les eaux continentales sont des sources de méthane (CH4), de dioxyde de carbone (CO2)et de protoxyde d’azote (N2O). Dans le but de préciser leur importance dans le bilan global des émissions de gaz à effet de serre (GES), de nombreuses études ont été réalisées afin de quantifier les différents flux de carbone et d’azote les parcourant. Ces flux sont perturbés par la mise en place de barrages sur le lit des fleuves. Peu d’études présentent des bilans de carbone et d’azote complets (apports, exports, flux vers l’atmosphère et enfouissement) pour les lacs de barrages, et elles concernent uniquement des écosystèmes boréaux et tempérés. Suite à la création d’un barrage, de la matière organique (MO) est mise en eau (sols et forêts), elle se dégrade rapidement les premières années suivant la mise en eau puis plus lentement par la suite. L’état de dégradation de la MO et la principale source de GES dans un lac de barrage près de 20 ans après la mise en eau sont souvent méconnus. L’étude réalisée 18 ans après la mise en eau du lac de Petit Saut (Guyane Française) est la première étude où les principaux éléments des cycles du carbone et de l’azote d’un lac de barrage hydroélectrique, et de son fleuve en aval, situé en climat équatorial et dont la création a entraîné la mise en eau de forêt primaire, sont étudiés près de 20 ans après la mise en eau. Cette étude se base sur (i) la mesure mensuelle de la qualité des eaux et des concentrations en carbone et azote en amont, dans, et en aval du lac de barrage, (ii) la mesure et/ou le calcul des différents flux de GES vers l’atmosphère, (iii) des données de la signature isotopique et de l’état de dégradation de la MO en amont, dans, et en aval du lac, (iv) des prélèvements de sédiments et de troncs d’arbres ennoyés en 1994 et (v) des incubations d’eau du fleuve, de sédiments et de troncs d’arbres du lac. L’ensemble des données collectées au cours des 12 mois de campagnes réalisées en 2012 - 2013 nous a permis de déterminer que (i) les sols inondés sont toujours des sources significatives de GES contrairement aux troncs d’arbres ennoyés, (ii) dans le lac 84 % des émissions de CH4 et 51 % des émissions de CO2 ont lieu dans la zone littorale (< 10 m de profondeur), (iii) 54 % du CO2 produit dans le fleuve en aval provient de la dégradation de la MO apportée par le lac. Cette étude nous a aussi permis de réaliser des bilans de carbone et d’azote à Petit Saut et un bilan des émissions de chacun des GES émis (CH4, CO2, N2O) près de 20 ans après la mise en eau. / Inland waters are sources of methane (CH4), carbon dioxide (CO2) and nitrous oxide (N2O). In order to define their importance in the global balance of greenhouse gases (GHG) emissions, numerous studies have been conducted to quantify the different fluxes of the carbon and nitrogen browsing them. These fluxes are modified by the creation of dams on river beds. Few studies present full carbon and nitrogen balances (inputs, outputs, fluxes to the atmosphere and sequestration) for reservoirs, and they concern only boreal and temperate ecosystems. The creation of a dam floods organic matter (OM) (soils and forests), which is rapidly degraded the first years following the impoundment and thereafter more slowly. The state of degradation of the OM and the main source of GHG in a reservoir nearly 20 years after impoundment are often unknown. The study conducted 18 years after the impoundment of the Petit Saut Reservoir (French Guiana) is the first study where the main elements of carbon and nitrogen cycles of an hydroelectric reservoir, and its river downstream, located in equatorial climate and which creation resulted in the flooding of primary forest, are studied nearly 20 years after impoundment. This study is based on (i) a monthly measurement of water quality and carbon and nitrogen concentrations upstream, in, and downstream of the reservoir, (ii) measurements and/or calculations of the different fluxes of GHG through the atmosphere, (iii) data of the isotopic signature and of the state of degradation of OM upstream, in, and downstream of the reservoir, (iv) sediments and 1994’s flooded tree trunks sampling and (v) incubations of downstream river water, sediments and tree trunks from the reservoir. All the data collected during the 12 months of campaigns carried out in 2012 - 2013 allowed us to determine that (i) flooded soils are still significant sources of GHG unlike flooded tree trunks, (ii) in the reservoir 84 % of CH4 emissions and 51 % of CO2 emissions occur in the littoral zone (< 10 m depth), (iii) 54 % of the CO2 produced in the river downstream of the dam come from the degradation of the OM provided by the reservoir. This study also allowed us to achieve carbon and nitrogen balances in Petit Saut and emission balance of each GHG emitted (CH4, CO2, N2O) nearly 20 years after impoundment.

De par le monde, la gestion des réservoirs hydroélectriques repose largement sur des modèles hydrologiques qui simulent les entrées et les sorties d’eau du système. L’évaporation sur ces réservoirs est typiquement négligée ou calculée de la même façon que l’évapotranspiration sur l’ensemble du bassin versant, bien que les processus régissant ces deux phénomènes diffèrent. Une meilleure quantification de l’évaporation suscite un intérêt grandissant, dû aux changements climatiques qui provoquent une augmentation des pertes en eau par évaporation sur les réservoirs. Cette étude examine divers modèles d’évaporation, et ce, en tenant compte de la réalité dans laquelle les modèles hydrologiques sont opérés de façon générale, c’est-à-dire avec une faible disponibilité de données d’entrée. L’étude se concentre principalement sur deux réservoirs situés dans la zone boréale canadienne, soit Eastmain-1 et Romaine-2. Un jeu de données observées d’évaporation obtenues grâce à la technique de covariance des tourbillons, est utilisé comme référence. De toutes les approches considérées, le modèle de transfert de masse avec un nombre de Dalton constant de 1,2 x 10⁻³ est le plus performant à un pas de temps horaire. Les cumuls journaliers sont également estimés avec une bonne précision autant lors du réchauffement de la masse d’eau que lors de la période de relâchement d’énergie. Des analyses de sensibilité montrent que l’utilisation de ce modèle avec des données limitées est possible, du moins pour les deux réservoirs étudiés. Ces données limitées consistent en la température de l’air et l’humidité relative prises sur la terre ferme à proximité du réservoir, la température de la surface de l’eau mesurée in situ et la vitesse du vent à une hauteur de 10 m prise depuis la berge du réservoir face aux vents dominants. L’application du modèle sur le lac Léman, situé dans une région plus tempérée, donne aussi de bons résultats. / Hydroelectric reservoirs around the world are managed using hydrological models to calculate water inflows and outflows. Evaporation on these reservoirs is typically neglected or calculated in the same way as evapotranspiration over the entire watershed, although the processes governing the two phenomena are different. A better quantification of evaporation is of growing interest in Quebec and internationally due to climate change, which is causing an increase in water losses by evaporation on reservoirs. This study therefore examines various evaporation models for open water bodies, taking into account the practical context in which hydrological models are generally operated, that is with low availability of input data. The study focuses mainly on two reservoirs with contrasting morphometries and located in the Canadian boreal zone, Eastmain-1 and Romaine-2. For this purpose, a set of observed evaporation data obtained using a direct measurement technique called eddy covariance, is used as a reference. Of all the approaches considered, the mass transfer model with a constant Dalton number of 1.2 x 10⁻³ gives the most accurate estimation of evaporation at hourly time steps. Daily totals are also estimated with good accuracy both during the warming of the water body in spring and during the energy release period in fall. Sensitivity analysis show that the use of this model with limited data is possible, at least for the two reservoirs studied. These limited data consist of air temperature and relative humidity taken on land in the vicinity of the reservoir, water surface temperature measured in situ, and wind speed at a height of 10 m taken from the bank of the reservoir facing the prevailing winds. The application of the model on Lake Leman, located in a more temperate region, also gives good results.

Au Québec, il existe près de 6000 barrages et ouvrages régulateurs dont il est nécessaire d'assurer la sécurité et la stabilité. Les barrages-poids en béton, concernés par cette étude, sont soumis à plusieurs sollicitations telles que la poussée des eaux et l'action des sous-pressions. Ces sollicitations peuvent entraîner le cisaillement de l'ouvrage selon qu'elles se développent au sein d'une ou plusieurs interfaces suivantes: contact béton-béton, interface béton-roc de fondation et discontinuités roc-roc. La résistance au cisaillement de ces matériaux est gouvernée par leur friction et leur cohésion. La détermination de ces paramètres est donc primordiale dans l'établissement de la stabilité d'un barrage-poids en béton. Pour répondre à cette problématique, ce projet de maîtrise s'est concentré sur les paramètres de résistance au cisaillement (principalement l'angle de friction et la cohésion) des différentes interfaces des barrages, obtenus à partir des essais de résistance au cisaillement. Une base de données comportant plusieurs centaines d'essais a été constituée à partir de rapports d'essais de résistance au cisaillement disponibles sur des barrages-poids en béton du Québec.Au total, des essais provenant de 30 barrages-poids en béton, 4 carrières et 2 projets de barrages ont été incorporés dans la base de données. Ces ouvrages, construits entre 1911 à aujourd'hui, ont été investigués dans les années 1985 à 2010. Les données recueillies ont permis d'établir que plusieurs variables semblaient influencés [i.e. influencées] par la résistance au cisaillement. Les facteurs influençant les paramètres de résistance au cisaillement (tels que la nature du roc, la rugosité, l'effet d'échelle, la granulométrie, l'altération, etc.) ont été étudiés par des analyses statistiques. Notamment, les analyses en composantes principales ont permis d'établir des corrélations entre les différentes variables et les données d'essais, tandis que les classifications ascendantes hiérarchiques ont regroupé les données semblables et contribuer [i.e. contribué] à mieux comprendre les relations entre les variables. Plus particulièrement, ce sont les relations entre les paramètres de résistance au cisaillement et les types de roches formant les fondations rocheuses des barrages du Québec qui étaient recherchés [i.e. recherchées]. Les principaux résultats de ces analyses ont été les suivants : (1) Il n'existe pas de relation linéaire (c'est-à-dire directe) entre les paramètres de résistance au cisaillement et les divers types de rocher de fondation ; (2) Il n'y a pas d'effet d'échelle sur les résultats à l'échelle de l'éprouvette de laboratoire ; (3) Il existe une corrélation importante entre les paramètres de résistance au cisaillement et les paramètres de rugosité des épontes. Cette étude a donc permis de mieux comprendre le comportement au cisaillement des interfaces d'un barrage-poids en béton et d'établir que le facteur prépondérant demeure relié à la morphologie des épontes des discontinuités. En outre, certaines modifications à la méthodologie actuelle pour la détermination des paramètres de résistance au cisaillement ont été proposées, permettant d'approfondir les relations avec la rugosité des épontes.

Les barrages-poids en béton sont des structures essentielles afin de régulariser les apports en eau potable, la gestion des bassins hydrologiques et la génération d'électricité. Par contre, la plupart des barrages-poids, au Québec, ont été conçus et construits au cours du dernier siècle avec des méthodes d'analyse et des forces sismiques qui sont jugées inadéquates aujourd'hui. En effet, au cours des dernières décennies, les connaissances en sismologie, en dynamique des structures et en génie parasismique ont grandement évolué, rendant nécessaire la réévaluation des barrages existants afin d'assurer la sécurité du public. Actuellement, des méthodes déterministes, utilisant des facteurs de sécurité, sont utilisées pour évaluer la sécurité des barrages. Cependant, étant donné le caractère aléatoire des sollicitations sismiques et des incertitudes sur les matériaux et propriétés d'un barrage, les méthodes probabilistes se révèlent plus adaptées et deviennent de plus en plus populaires. L'une de ces méthodes est l'utilisation de courbes de fragilité. Ces courbes sont des fonctions permettant de représenter la probabilité d'endommagement ou de rupture d'une structure pour toute une gamme de chargement. Ce projet de recherche présente donc le développement de courbes de fragilité pour évaluer la vulnérabilité sismique de barrage-poids en béton. La méthodologie est appliquée à un barrage spécifique, le barrage-poids aux Outardes-3, le plus grand barrage-poids en béton au Québec. La méthode des éléments finis est utilisée pour modéliser ce barrage et prendre en compte les différentes interactions entre le barrage, le réservoir et la fondation. De plus, des résultats d'essais dynamiques in situ sont utilisés pour calibrer le modèle numérique. Les courbes de fragilité sont ensuite générées à l'aide d'analyses dynamiques temporelles non linéaires afin d'évaluer deux états limites d'endommagement : le glissement à la base du barrage et le glissement aux joints de reprise dans le barrage. Les incertitudes associées aux paramètres de modélisation et à la sollicitation sismique sont incluses dans l'analyse de fragilité et ces sources d'incertitudes sont propagées à l'aide d'une méthode d'échantillonnage. Une étude de sensibilité est également réalisée afin de déterminer les paramètres de modélisation ayant une influence significative sur la réponse sismique du système. L'incertitude associée à la variation spatiale des propriétés du barrage est également prise en compte et est modélisée à l'aide de champs aléatoires ; cette source d'incertitude peut s'avérer importante pour des ouvrages de grandes dimensions comme les barrages. Les résultats montrent que la variation spatiale des propriétés du barrage a un impact minime sur la fragilité du barrage aux Outardes-3 et qu'elle pourrait être négligée. Malgré tout, la méthodologie mise en place pour développer des courbes de fragilité applicables aux barrages-poids est efficace, pratique et donne d'excellents résultats. Par surcroît, un des grands avantages des courbes de fragilité est qu'elles permettent d'obtenir des informations quantitatives sur la vulnérabilité d'un barrage au contraire des méthodes déterministes actuelles.

Dans ce mémoire, des approches contribuant à l'évaluation de la performance d'un barrage sont proposées. Les développements portent sur : -une méthode d'évaluation déterministe de la performance des barrages par recueil, formalisation et agrégation de différentes sources de connaissances ; -une base de connaissances sur les phénomènes de dégradation des barrages permettant la capitalisation des connaissances du domaine ; -une méthode d'analyse des imperfections ; -une méthode non déterministe d'évaluation de la performance qui procède par représentation des imperfections et leur propagation dans le modèle. Ces différentes méthodes ont conduit à trois outils informatiques : une interface d'aide à l'évaluation de la performance, un système de traçabilité des données et une base de connaissances sur les phénomènes de dégradation. Ces approches sont illustrées sur les barrages en remblai et plus spécifiquement le mécanisme d'érosion interne