Cette thèse vise à modéliser numériquement des barrages en enrochements pendant les phases de construction et de mise en eau. Ceci est fait en se basant sur des essais en laboratoire et l’analyse des données de l'instrumentation insitu. Des essais triaxiaux en compression monotone à déformation/contrainte contrôlée sont effectués sur des assemblages compactés de particules de granit. Les échantillons utilisés en laboratoire ont initialement été préparés à différentes densités sèches et à différentes granulométries. Une loi de comportement élastoplastique parfait, en considérant l’élasticité non linéaire est implémentée dans le logiciel FLAC. Ceci est fait pour modéliser le comportement des particules de roche pendant les essais. Le nouveau modèle est basé sur le comportement hyperbolique, en considérant le critère de rupture de Mohr-Coulomb avec une règle d'écoulement non associé pour considérer la dilatance à cause du cisaillement. La technique de relaxation des contraintes de Nobari-Duncan est également implémentée dans FLAC avec les procédures modifiées et les nouveaux algorithmes pour reproduire les déformations causées par le mouillage. À l'aide de neuf paramètres, le modèle réussi à reproduire le comportement observé pendant les essais triaxiaux et à caractériser l'assemblage des particules de roche. Les effets de temps et de saturation sont également discutés en détail. Finalement, le modèle est utilisé pour la modélisation des étapes de la construction et de la mise en eau du barrage en enrochement LG4 construit au Québec, Canada. Les résultats de la modélisation sont comparés avec les données de l'instrumentation. Aussi, les efforts antérieurs de modélisation de ce barrage et les avantages du nouveau modèle sont discutés. / This thesis contributes to the field of numerical modeling of rockfill dams during construction and impoundment based on laboratory research and field instrumentation. Data is presented from monotonic triaxial compression tests, in both stress and strain-controlled conditions, on compacted assemblages of granite rock particles prepared in the laboratory using different initial dry densities and grain size distribution. A nonlinear elastic-perfectly plastic constitutive model is implemented into the commercial software, FLAC, to simulate the behavior of the rock particles during the tests. The new implemented model is the traditional hyperbolic model coupled with the Mohr-Coulomb plastic failure criteria, and with a non-associated flow rule to consider shear dilatancy. The Nobari-Duncan stress relaxation technique with modified procedures and algorithms is also implemented in FLAC to reproduce the collapse deformations due to wetting. Using nine parameters, the model is successful to capture the observed behavior in the triaxial tests and to characterize the assemblage of rock particles. The effects of time and saturation are also discussed in detail. Finally, the model is used to simulate the construction and impoundment stages of LG4 rockfill dam in Quebec, Canada. The results of the modeling of both stages are compared with the instrumentation data and previous efforts of the modeling of this dam and the advantages of the new model are discussed.

Au cours des dernières années, le territoire québécois a connu des inondations importantes, qui sont venues mettre en évidence les effets des changements climatiques de même que l'impératif de les anticiper. Or, jusqu'à maintenant, le cadre institutionnel, notamment en matière d'aménagement du territoire, encourage plutôt des réponses réactives aux aléas. L'intégration des changements climatiques et la prévision de leurs impacts dans la prise de décision des politiques sont pourtant déterminantes de la résilience des milieux. Les défis de la gestion de l'eau s'illustraient dans ce mémoire, à travers la gestion du barrage Jules-Allard situé à l'embouchure du Grand Lac Saint-François, un des plus grands lacs au Québec méridional. Les nombreux usages du lac sont fortement liés à la gestion des niveaux d'eau par le barrage et entrainent plusieurs problématiques sociales, économiques et environnementales. Les inondations récurrentes en amont et en aval du barrage, l'érosion des rives, la baisse de la qualité de l'eau, la gestion des quais pour les bateaux de plaisance, l'implantation de plantes exotiques envahissantes à relever. Ce travail de recherche appuyé par un sondage auprès des acteurs du milieu dont l'organisme de bassin versant, les associations de riverains, le gestionnaire du barrage et les instances municipales ont révélé que certaines problématiques étaient le fait d'un décalage entre les connaissances issues de l'expérience individuelle et celles provenant de la science ou encore des lois et des normes associées. Un ajustement dans le plan de gestion du barrage soutenu par des changements dans les pratiques d'aménagements en matière de protection des rives, de préservation des milieux humides, un resserrement des normes de rejets d'eaux usées agricoles et municipales permettraient d'atténuer certaines problématiques. Une uniformisation des politiques municipales à l'échelle du bassin versant du Grand Lac Saint-François et une meilleure prise en compte du rôle de l'organisme de bassin versant dans la gouvernance de l'eau seraient une avenue pertinente à l'adaptation des communautés locales aux changements climatiques. / In recent years, Quebec has experienced major floods, which have highlighted the effects of climate change and the need to anticipate them. However, until now, the institutional framework, particularly in terms of land use planning, has encouraged reactive responses to hazards. The integration of climate change and the forecasting of its impacts in policy-making is, however, a determining factor in the resilience of environments. The challenges of water management were illustrated in this paper through the management of the Jules-Allard dam located at the mouth of Grand Lac Saint-François, one of the largest lakes in southern Quebec. The numerous uses of the lake are strongly linked to the management of water levels by the dam and lead to several social, economic and environmental problems. Recurrent flooding upstream and downstream of the dam, shoreline erosion, declining water quality, dock management for recreational boats, and the establishment of invasive exotic plants are some of the issues that need to be addressed. This research work, supported by a survey of stakeholders, including the watershed organization, riparian associations, the dam manager and municipal authorities, revealed that certain problems were the result of a discrepancy between knowledge from individual experience and knowledge from science or from laws and associated standards. Adjustments to the dam management plan, supported by changes in shoreline protection and wetland preservation practices, and stricter standards for agricultural and municipal waste water discharges would alleviate some of the issues. Standardization of municipal policies throughout the Grand Lac Saint-François watershed and greater consideration of the role of the watershed organization in water governance would be a relevant way for adapting local communities to climate change.

Cette recherche porte sur l'étude des possibilités démocratiques d'une meilleure prise en considération des intérêts et des valeurs du public, et des préoccupations d'environnement dans les choix d'aménagement, et plus précisément, dans l'élaboration et la mise en œuvre des grands ouvrages hydrauliques. L'étude présente tout d'abord certaines caractéristiques du milieu aquatique et des équipements hydrauliques dans l'optique d'une meilleure association des acteurs à la gestion de l'eau, avant d'entreprendre une réflexion globale sur les problèmes généraux de la participation. Elle s'efforce ensuite de préciser, par l'analyse de plusieurs études de cas, les principaux problèmes de participation afférents aux grands projets hydrauliques. L'étude dresse alors une analyse critique des outils usuels de participation du public, ainsi que des processus décisionnels et opérationnels entrepris à tous les niveaux. Enfin, plusieurs recommandations, portant notamment sur l'information, la négociation et les conflits, la prise de décision, et l'articulation des niveaux territoriaux, sont avancées pour aller dans le sens d'une mobilisation dynamique et d'une valorisation harmonieuse des potentialités sociologiques, économiques et écologiques.

Cette recherche évalue le degré de régulation hydrologique induite par le barrage-réservoir Paso de las Piedras sur la Sauce Grande et quantifie les effets de cette régulation sur la hydrologie, la morphologie et la température de l'eau de la rivière en aval. Le travail de thèse consiste en une évaluation exhaustive et systématique des impacts du barrage-réservoir sur le système fluvial basée sur la compréhension des processus naturels qui se produisent en amont. En plus de fournir des informations sur les impacts hydrologiques, morphologiques et thermiques de la construction du barrage Paso de las Piedras et de l'exploitation de son réservoir, cette étude génère des séries de données climatiques et hydrologiques qui fournissent une base significative sur laquelle fonder des recherches futures. Par ailleurs, cette étude met en place un cadre méthodologique appliqué à l'analyse hydrogéomorphologique des bassins versants non jaugés qui a un grand potentiel d'application dans d'autres bassins de la région similaires ainsi que dans d'autres régions semi-arides du monde. / Despite the regional importance of the Sauce Grande River as main source for water supply and the large capacity of the Paso de las Piedras Reservoir, both the hydrology of the river basin and the effects of the impoundment on the river environment remain poorly evaluated. This study provides the very first assessment of the degree of flow regulation induced by the Paso de las Piedras Dam on the middle section of the Sauce Grande River, and quantifies its impacts on the hydrology, morphology and patterns of water temperature of the river downstream from the impoundment. In addition to providing new information on the response of regulated rivers to upstream impoundment and on the effects of impoundment on the Sauce Grande River specifically, this study generates spatial, climatic and hydrologic data and implements a methodological framework to hydrological assessment of ungauged basins.

L’objectif de cette étude est de réaliser la synthèse d’un ciment riche en phases réactives, obtenu par cuisson à une température inférieure ou égale à 1300°C d’un cru constitué de vase de barrage et d’un complément de chaux et utilisant du sulfate de zinc comme minéralisateur. Cette étude donne les caractéristiques minéralogiques et les propriétés physico- mécaniques du ciment synthétisé. L’analyse qualitative et quantitative par diffraction des rayons X a été utilisée pour caractériser les matériaux bruts et les minéraux du ciment. L’évolution du durcissement des pâtes de ce ciment a été suivie et quantifiée par calorimétrie isotherme, DTG, diffraction des rayons X et au moyen d’essais mécaniques en compression sur éprouvettes de pâte pure. Les résistances obtenues à 7 et 28 jours permettent de viser une classification CEM II 32,5 N. / The objective of this study is the synthesis of a cement rich in reactive phases, obtained by burning, at a temperature lower than or equal to 1300 °C, a raw material composed of sludge from a dam with a complement of lime, and using zinc sulphate as a mineralizer. This study gives the mineralogical, physical and mechanical characteristics and properties of the synthesized cement. Qualitative and quantitative X-ray diffraction analysis was used to characterize the raw materials and the minerals of the cement. The evolution of its hardening was monitored and quantified by isothermal calorimetry, DTG, X-ray diffraction and mechanical compression tests on pure paste samples. The strengths obtained at 7 and 28 days make it possible to aim at a CEM II 32.5 N classification.

Cette thèse examine la relation entre paysage et imaginaire national dans le contexte du paysage transformé des Trois Gorges du fleuve Yangzi en République Populaire de Chine à travers l’exploration de trois types de dimensions du paysage : politique, poétique et économique. Tout d’abord, l’étude des dimensions politiques met en évidence la marchandisation du paysage des Trois Gorges réalisée par l’Etat à travers l’invisibilisation de la disparition du paysage, ainsi que l’absence massive d’agentivité du peuple dans sa relation au paysage national, concluant ainsi à l’épuisement de l’appréciation paysagère. Ensuite, l’étude des dimensions poétiques analyse le livre Three Gorges Diary de Yan Changjiang 颜长江, journal intime littéraire et photographique décrivant les dernières années du paysage fluvial avant sa submersion et exprimant une intense émotion de regret menant à un sursaut de résistance. Puis, l’étude des dimensions économiques considère l’intérieur du paysage fluvial avec une étude ethnographique menée dans un village situé à l’entrée de la Gorge Qutang et s’interroge sur la question de l’absence du paysage due à un manque d’extériorité et donc de distanciation, et la question de l’apparition économique du paysage liée à la relation entre paysage et droits fonciers ruraux et à l’événement national de la traversée de la Gorge Qutang par un funambule canadien en 1995. Enfin, prenant pour bornes temporelles l’année 1994 avec le début de la construction du Barrage des Trois Gorges et l’année 2014 avec la gratuité de l’entrée au site touristique du barrage accordée à tous les visiteurs « chinois » (distingués en terme de définition raciale étendue au-delà de la Chine continentale), cette thèse se termine sur une longue conclusion en forme d’essai sur la question de la kitschification de la réalité dans le contexte de la postmodernité dans les années 2010 et sur le potentiel subversif de l’imagination d’une nouvelle appréciation paysagère dans l’opposition à la marchandisation de la réalité. / This thesis examines the relation between landscape and the national imaginary in the context of the Yangzi’s Three Gorges transformed riverscape in the People’s Republic of China through the exploration of three kinds of landscape dimensions: political, poetic and economic. First, the study of the political dimensions highlights the commodification of the Three Gorges landscape performed by the State through the invisibilisation of the landscape’s disappearance, as well as the massive absence of agency from the people in its relating to the national landscape, thus concluding in the exhaustion of landscape appreciation. Second, the study of the poetic dimensions analyses Yan Changjiang 颜长江’s book Three Gorges Diary, a literary and photographical diary recounting the last years of the riverscape before its submersion and expressing an intense emotion of regret leading to a burst of resistance. Third, the study of the economic dimensions considers the inside of the riverscape with an ethnographic study carried out in a village located at the entrance of the Qutang Gorge and reflects upon the issue of the absence of landscape due to the lack of distancing exteriority, and the issue of the economic appearance of landscape related to the question of the relation between landscape and rural land rights and to the context of the national event of the tightrope walk over the Qutang Gorge that took place in 1995. Finally, starting in 1994 with the beginning of the construction of the Three Gorges Dam and ending in 2014 with the free entrance to the Three Gorges Dam touristic spot granted to all the “Chinese” visitors (with a racial definition extended to non-mainlanders), this thesis ends on a long conclusion in the form of an essay on the question of the kitschification of reality in the context of postmodernity in the 2010’s and on the subversive potential of the imagining of a new landscape appreciation in opposing the commodification of reality.

La construction d'un grand barrage est un projet aux conséquences économiques et sociales importantes voila pourquoi elle doit être précédée d'une étude opérationnelle et socio-économique détaillée. En premier lieu, l'étude opérationnelle doit porter sur les dimensions et le régime d'utilisation du barrage, la configuration géographique de son bassin de drainage et ses caractéristiques hydrologiques aussi bien que sur les contraintes de type environnemental qui peuvent s'exercer dans un cadre législatif national ou international. En second lieu, l'étude socio-économique doit prendre en compte tous les paramètres susceptibles d'influencer sur la durabilité du projet. Jusqu'à une époque récente, la large majorité des barrages était financée et gérée par le secteur public. Ainsi la profitabilité des projets n'était pas un élément prépondérant dans la décision de les construire. De nos jours, la libéralisation du marché de l'énergie dans les pays développés a conduit à la privatisation des infrastructures énergétiques et par voie de conséquence à l'application de nouveaux objectifs économiques dans le financement et la gestion des projets de barrage. Les décisions d'investissement sont conditionnées par l'évaluation de leur viabilité technique et de leur profitabilité tout au long de leur durée de vie qui est typiquement de 50 ans. Cette évaluation est basée sur l'usage d'un critère quantitatif nommé Valeur Actualisée Nette (VAN) aussi appelé Net Present Value en anglais (NPV). Cependant, comme l'eau est le fluide nécessaire au fonctionnement des centrales hydroélectriques, leur exploitation interfère avec la gestion des ressources en eau du bassin hydrographique qui les accueille. De ce point de vue, de nouvelles pratiques et réglementations ont été introduites dans l'Union Européenne par la Directive Cadre sur l'Eau (idem, WFD en anglais). Cette directive contraint chaque projet d'exploitation des ressources en eau à suivre des recommandations portant sur ses conséquences sociales et son impact sur l'environnement en respectant des contraintes à long terme relatives à sa durabilité en cas de changement climatique. Le travail présenté porte sur l'exploration du couplage entre différents modèles mathématiques traitant de l'hydrologie, l'exploitation hydroélectrique, le changement climatique et l'évaluation économique dans le but de proposer les moyens d'effectuer des décisions équilibrées satisfaisant aux exigences des critères de financement de projet , au bien-être du public et aux pratiques qu'exigent la gestion de bassin hydrographique. Ce travail est illustré par l'étude du futur barrage de Temenos, projet mixte de production électrique et d'irrigation intéressant le bassin hydrographique du Mesta-Nestos. Ce bassin est partagé entre la Bulgarie pour sa partie amont et la Grèce pour sa partie aval. La rivière termine son cours dans la mer Egée après avoir formé le delta du Nestos dont la majorité de la surface est occupée par un système d'irrigation. Deux ouvrages hydroélectriques occupent actuellement la partie montagneuse du bassin du Nestos. Il s'agit du barrage de Thissavros dont le réservoir a une capacité de 565 millions m3 et du barrage de Platanovryssi situé en aval du précédent et dont la capacité est de11 millions m3. Les deux barrages sont liés par un système de rétro-pompage STEP (Station de Transfert d'Énergie par Pompage). Le futur projet Temenos devrait être exclusivement financé sur fonds privés. Situé en aval des deux barrages précédents, il est configuré pour augmenter la production d'électricité du précédent complexe et pour réguler le système d'irrigation de la basse vallée agricole du Nestos Les scénarios de changement climatique (SRES) développés par le Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC ou IPCC, en anglais) prévoient de possibles changements climatiques décrits à l'échelle mondiale. Plus précisément, selon les résultats des modèles de circulation globale (GCM), la moyenne mondiale annuelle de la température de surface pourrait augmenter de 1.4 à 5.8°C sur une période allant de 1990 à 2100. Cette augmentation de température pourrait entrainer une augmentation de l'évaporation et influencer le régime des précipitations. Dans ce cas, un impact notable pourrait en résulter sur l'exploitation des installations hydroélectriques dont l'exploitation est particulièrement sensible à la quantité, au rythme et à la répartition géographique des précipitations et des températures. L'étude du changement climatique sur la zone du Mesta-Nestos est base sur les résultats du modèle climatique régional CLM de l'Institut de Météorologie Max Planck, Allemagne. Elle s'intéresse plus particulièrement aux scénarios B1 et A1B produits par le SRES. Le modèle CLM effectue un transfert à l'échelle locale des résultats du modèle global atmosphère-océan ECHAM5/MPIOM utilisés comme forçage. CLM est en particulier conditionné par les conditions aux limites du relief local. Les séries mensuelles de température, précipitation et évapotranspiration produites par CLM ont été utilisées comme données d'entrée du modèle hydrologique distribué MODSUR-NEIGE de manière à simuler le régime hydrographique du bassin en cas de changement climatique. Ce modèle est couplé au modèle de barrage HEC-ResSim décrivant en détail tous les éléments techniques du complexe hydroélectrique du Nestos et des réseaux d'irrigation existant dans le delta du Nestos ainsi que leur future extension à la plaine de Xanthi. Enfin, l'évaluation de la viabilité du projet Temenos en conditions de changement climatique a été effectuée à l'aide d'un nouvel outil économique basé sur le calcul de la VAN et spécialement développé pour les besoins de l'étude. La thèse propose une approche holistique de l'évaluation de projet qui dépasse le strict cadre économique. Le calcul de la VAN a été étendu de façon à réunir les éléments de strict rendement économique (recettes tirées de la vente de l'énergie électrique et de l'eau d'irrigation ainsi que l'accroissement du revenu des agriculteurs) avec des éléments concernant les « externalités » du projet que sont la valeur de l'environnement (coût de restauration du bon état des eaux de surface dans le cas où le débit environnemental minimal ne peut être maintenu) et les bénéfices sociaux (compensations aux agriculteurs dans le cas où les débits d'irrigation ne peuvent être délivrés). On argumente le fait que cette approche combinée offre un outil efficace d'évaluation du projet selon une approche de développement durable. De plus, l'étude d'impact des scenarios de changement climatique a été augmentée d'une étude portant sur les conséquences que pourraient avoir différentes hypothèses d'évolution de la politique de gestion transfrontalière du bassin en relation avec l'exécution du traité de débit signé entre la Bulgarie et la Grèce à propos des eaux du Mesta-Nestos. Enfin, dans un contexte d'application des recommandations de la Directive Cadre de l'Eau (WFD), on propose d'explorer l'utilisation des méthodes de décision multicritère (MCDA, en anglais) pour gérer les conflits d'intérêt des différents acteurs du bassin dans la phase d'acceptation du projet Temenos et dans sa phase d'exploitation.

Dans le but de mener à bien le dimensionnement des barrages en terre construits sur sols mous, on développe une approche couplant la consolidation des sols et les écoulements à surface libre. Ce modèle de consolidation à surface libre des sols élastiques ou élastoplastiques isotropes ou anisotropes, écrouissables ou non, prend en compte la variabilité ou la constance des principaux paramètres mécaniques et hydrauliques du sol (indice des vides, écrouissage, perméabilités, compressibilités, teneur en eau). Le traitement numérique de ce problème, effectué au niveau du code de calculs par éléments finis CESAR du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, conduit à la résolution de systèmes d'équations différentielles non-linéaires, pour lesquels on propose des algorithmes transitoires itératifs et des éléments finis appropriés du type déplacement et diffusion. L'application du modèle au calcul d'un ouvrage réel, construit et mis en eau par étapes, a permis d'obtenir des résultats encourageants tant du point de vue mécanique que du point de vue hydraulique.

La tenue des barrages en remblai homogènes dépend fortement de la variation de teneur en eau du sol compacté, comme le montrent les ruptures d'ouvrages connues. Mais jusqu'à présent il n'existait pas de méthode permettant de relier le coefficient de sécurité à la teneur en eau. Le programme UDAM modélise le comportement de massifs de sols non saturés durant leur construction. Le modèle est composé de deux équations de conservation (eau et air) et d'une équation d'équilibre. Des surfaces d'états sont utilisées pour calculer l'indice des vides et le degré de saturation. La loi de comportement mécanique est celle de DUNCAN. La résolution numérique est composée d'une intégration en temps de type EULER semi-implicite et d'une discrétisation spatiale de type GALERKIN bidimensionnelle Ql. Dans ce mémoire, on abordera le calcul de bornes limitant le pas de temps. Un critère de pas de temps minimum limitant le domaine d'oscillation est calculé par une approche théorique sur la discrétisation. La borne supérieure est calculée pour garantir la stabilité du modèle. Le programme UDAM est ensuite validé sur trois cas de barrages différents (MIRGENBACH, La GANNE, El INFIERNILLO). Une démarche d'identification pour les paramètres de la surface d'état a été proposée. On trouvera aussi un essai de mise en eau des ouvrages. Enfin dans une partie informatique, on trouvera une description des notions intrinsèques du code, un pré-processeur graphique de traitement des résultats ainsi qu'un système de distribution des informations entre les différents outils périphériques.

La thèse constitue une juxtaposition de plusieurs contributions originales à lélaboration et lanalyse de modèles numériques capables de décrire une vaste gamme découlements à surface libre ainsi que les phénomènes de transport associés. Deux axes principaux sous-tendent les recherches entreprises. Il sagit, dune part, dune contribution à létude de modèles visant à reproduire adéquatement les interactions du fluide avec divers constituants transportés, tels que de lair entraîné, un polluant ou des sédiments. Cette phase du travail inclut également la caractérisation et la prédiction du comportement de lécoulement en présence dune topographie mobile ou érodable, y compris dans le cas dun barrage en remblai subissant une surverse. Dautre part, partant du constat quune modélisation fidèle des processus de transport, notamment hydrosédimentaires, passe inévitablement par un raffinement du calcul hydrodynamique proprement dit, une partie des travaux effectués dans le cadre de cette thèse est spécifiquement orientée vers un enrichissement de la connaissance des champs hydrodynamiques au sein du modèle.