En raison de l'interception de la neige par la canopée, l'accumulation et la fonte de neige est bien différente en forêt qu’en milieu ouvert. La neige interceptée peut se sublimer, se décharger ou fondre, causant beaucoup de variabilité dans la distribution de l'épaisseur de la neige au sol. La présence d’une canopée modifie également les échanges d'énergie entre la neige, le sol et l'atmosphère. Compte tenu de l'importance de la fonte de neige sur les secteurs dépendants de l’eau tels que la production hydroélectrique, l'approvisionnement en eau agricole et urbaine, il est donc essentiel de surveiller / modéliser les propriétés et les processus du manteau neigeux en forêt. Le suivi de la neige sur le terrain est une tâche fastidieuse. Ainsi, au fil des ans, plusieurs études ont utilisé des produits satellitaires ou tenté de modéliser les propriétés du manteau neigeux, s’affranchissant ainsi de mesures exhaustives sur le terrain. En général, il existe trois types de modèle de fonte de neige (statistique, à indice de température et par modélisation du bilan énergétique) qui sont utilisés dans une variété de couverts comme les forêts, les glaciers, les milieux ouverts, etc. Ils partagent l’objectif commun de modéliser l'évolution de l'équivalent en eau de la neige. Dans cette étude, nous avons combiné des observations sur le terrain avec des modèles de fonte des neiges dans le but d’atteindre l’objectif global de la thèse, soit de mieux comprendre le comportement de la neige dans un petit bassin versant de la forêt boréale humide. La thèse présente trois objectifs spécifiques : (i) quantifier et modéliser la variabilité spatiotemporelle de la distribution d’équivalent en eau de la neige; (ii) explorer la performance de modèles de fonte de neige à indice de température et (iii) documenter la variabilité spatiale du déficit calorifique du couvert de neige. Chaque objectif spécifique est associé à un chapitre de la présente thèse. Pour les besoins de cette recherche, nous avons recueilli 1810 échantillons de carottiers à neige, de même que 70 puits de neige, dans 9 sites forestiers distincts d’un bassin expérimental de la forêt boréale humide (Forêt Montmorency; 47°N, 71°O) de l’Est du Canada lors des hivers de 2016-17 et 2017-18. À proximité de ces sites, nous avons fabriqué et déployé des stations mesurant le profil vertical de température de la neige, la température de l'air, l'épaisseur de la neige et le profil de température du sol. Sur ces sites, des données détaillées sur la végétation telles que l'indice de surface foliaire (LAI), la densité du couvert, la hauteur des arbres, la densité des arbres et le diamètre des arbres ont été recueillies à l'aide de mesures sur le terrain et d'un produit LiDAR. Notre analyse a été de plus supportée par les observations de deux tours de flux, nous fournissant ainsi les flux de chaleur sensible et latente entre la surface terrestre et à l’atmosphère à chaque 30 minutes. Dans le premier chapitre, nous avons mis au jour une relation entre l'épaisseur de neige et le diamètre des arbres environnants. Le site avec une forêt juvénile est celui où la plus grande variabilité spatiotemporelle a été observée. Nous avons utilisé trois modèles statistiques soit la régression linéaire multiple, les arbres de régression et les réseaux de neurones (NN) pour identifier les variables pertinentes affectant la variabilités patio temporelle de l’équivalent en eau de la neige. Avec un coefficient de Nash de 0,77 en calage et de 0,72en validation, le modèle NN a présenté les meilleures performances, identifiant ainsi la hauteur de la neige, le diamètre des arbres, l'âge du manteau neigeux et la densité des arbres comme des facteurs clés contrôlant la variabilité spatiotemporelle de la neige en forêt. Dans le deuxième chapitre, nous avons exploré différents modèles de fonte à indice de température (TI) en s’intéressant à leur performance dans un contexte de données d’entrée rarement disponibles, comme la température de surface de la neige, le rayonnement intrant sous-couvert et la sublimation. Nous nous sommes aussi intéressés à la pertinence de tenir compte de l'interception de précipitation par la canopée et du déficit calorifique du couvert de neige. Sur la base de notre évaluation, à l’exception de la sublimation et de la température de surface qui ont permis de faibles gains de performance, aucun des processus additionnels ou données d’entrée testés n’a généré de gain appréciable de performance. Enfin, au troisième chapitre, nous avons documenté la variabilité du déficit calorifique de la neige dans quatre sites forestiers à l’aide d’observations récoltées dans des puits à neige. Nous nous sommes également intéressés à la variabilité spatiotemporelle à court terme du déficit calorifique en générant des séries à l’aide d’un approche hybride, basée notamment sur le modèle de surface CLASS (Canadian Land Surface Scheme).Nous avons ainsi pu documenter l'effet de la forêt, de la topographie locale et du régime thermique propre à chaque site sur la variabilité du contenu en froid sur nos sites d'étude. Nous avons entre autres constaté que le contenu en froid était maximal au début février, indépendamment du site, comme c’est là que les températures de l’air étaient les plus froides. Nous avons aussi pu constater qu’en moyenne, 61% du déficit calorifique de la neige était contenu dans les premiers 50 cm. En résumé, cette recherche s'est concentrée sur l’étude des propriétés du manteau neigeux dans un petit bassin versant de la forêt boréale, à l’aide de mesures exhaustives sur le terrain et en utilisant différents modèles de fonte des neiges. En documentant les processus, nous avons pu mettre en lumière que malgré la présence de couvert forestier aux propriétés contrastées, le couvert de neige présentait de nombreuses similitudes d’un site à l’autre, ce qui est porteur d’espoir pour la modélisation de la neige en forêt. / Because of the interception of snow by the canopy, the accumulation and melting of snow in the forest is different than in the open environment. The intercepted snow can sublimate, discharge or melt, causing a great deal of variability in the distribution of snow depth on the ground. The presence of a canopy also modifies the energy exchanges between the snow, the soil and the atmosphere. Given the importance of snowmelt on waterdependent sectors such as hydroelectric production, agricultural and urban water supply, it is therefore essential to monitor/model the properties and processes of snow cover in the forest. Monitoring snow in the field is a tedious task. Thus, over the years, several studies have used satellite products or attempted to model snowpack properties, thus avoiding exhaustive field measurements. In general, there are three types of snowmelt models (statistical, temperature index and energy balance model) that are used in a variety of cover types such as forests, glaciers, open environments, etc. They share the common objective of modelling the evolution of snow water equivalent. In this study, we combined field observations with snowmelt models in order to achieve the overall goal of the thesis, which is to better understand the behaviour of snow in a small watershed of the humid boreal forest. This main objective is declined into the three following specific objectives: (i) to quantify and model the spatial and temporal variability of snow water equivalent distribution; (ii) to explore the performance of temperature index snowmelt models; and (iii) to document the spatial variability of the cold content of the snow cover. Each specific objective is associated with a chapter of this thesis. For the purpose of this research, we collected 1810 snow core samples, as well as 70 snow pits, from 9 distinct forest sites in an experimental catchment of the humid boreal forest (Montmorency Forest; 47°N, 71°W) during the winters of 2016-17 and 2017-18. In the vicinity of these sites, stations measuring the vertical snow temperature profile, air temperature, snow depth and soil temperature profile were deployed. At these sites, detailed vegetation data such as Leaf Area Index (LAI), canopy density, tree height, tree density and tree diameter were collected using field measurements and a LiDAR product. Our analysis was further supported by observations from two flux towers, providing us with sensible and latent heat fluxes between the Earth’s surface and the atmosphere every 30 minutes. In the first chapter, we have highlighted a relationship between snow depth and the diameter of the surrounding trees. The site with a juvenile forest was the one where the greatest spatiotemporal variability was observed. We used three statistical models: multiple linear regression, binary regression trees and neural networks (NN) to identify the relevant variables affecting the spatial and temporal variability of the snow water equivalent. With a Nash coefficient of 0.77 in calibration and 0.72 in validation, the NN model showed the best performance, identifying snow depth, tree diameter, snowpack age and tree density as key factors controlling the spatialtemporal variability of forest snow. v In the second chapter, we explored different temperature-index (TI) melting models by looking at their performance in the context of rarely available input data such as snow surface temperature, incoming shortwave radiation and sublimation. We also investigated the relevance of taking into account canopy interception and cold content. On the basis of our evaluation, with the exception of sublimation and surface temperature, which resulted in small performance gains, none of the additional processes or inputs tested generated appreciable performance gains. Finally, in the third chapter, we documented the variability of the snowpack cold content at four forest sites using observations collected from snow pits. We also investigated the short-term spatial and temporal variability of the snowpack cold content by generating series using a hybrid approach, based in part on the Canadian Land Surface Scheme (CLASS) surface model. We were thus able to document the effect of the forest, the local topography and the thermal regime specific to each site on the variability of the cold content at our study sites. Among other things, we found that the cold content was highest in early February, regardless of site, as this is when air temperatures were the coldest. We were also able to observe that, on average, 61% of the snow's heat deficit was contained in the first 50 cm. In summary, this research focused on studying the properties of the snowpack in a small watershed of the boreal forest, using extensive field measurements and different snowmelt models. By documenting the processes, we were able to highlight that despite the presence of forest cover with contrasting properties, the snow cover showed many similarities from one site to another, which is hopeful for snow modeling in the forest.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015 / Les régions arctiques et subarctiques connaissent un réchauffement deux fois plus rapide que la moyenne mondiale depuis les années 1980. Ces changements climatiques exercent une pression significative sur les environnements des hautes latitudes, et cette menace ne cesse de croître. L'augmentation des températures atmosphériques, le dégel du pergélisol, les variations des précipitations et l'élévation du niveau de la mer perturbent les géosystèmes, entraînant des dommages physiques et chimiques aux écosystèmes et infrastructures humaines, tout en menaçant le patrimoine culturel et archéologique. Le dégel du pergélisol supportant les sites archéologiques peut entraîner leur altération, menaçant ainsi l'intégrité des archives culturelles et leur contexte de déposition. Or, on connait très peu sur la répartition du pergélisol au sein des habitations archéologiques inuites, lesquelles se présentent sous forme de dépressions ovales, creusées dans les sédiments meubles. Au Labrador (Canada), se trouvent des centaines de sites archéologiques inuits et pré-inuits, situés principalement sur des côtes pergélisolées. La présente étude vise, par l'entremise d'une approche géophysique multi-méthodes, à caractériser les conditions géocryologiques actuelles de deux sites archéologiques côtiers situés sur deux îles distinctes de l'archipel de Nain (Labrador). En juillet 2022, des relevés géophysiques ont été réalisés au sein du site Oakes Bay 1 (Dog Island) et du site South Aulatsivik 6 (South Aulatsivik Island), en utilisant trois méthodes complémentaires : la tomographie de résistivité électrique (ERT), le géoradar (GPR) et l'induction électromagnétique (EMI). Les profils des zones clés des sites ont été analysés en fonction de leur contexte géomorphologique et archéologique. Les résultats obtenus ont permis de déterminer la variabilité spatiale du pergélisol à l'échelle des sites. En effet, l'ERT et le GPR ont permis d'évaluer l'épaisseur de la couche active et l'hétérogénéité des propriétés du sous-sol selon la microtopographie de surface des structures archéologiques. Par exemple, dans le centre des maisons semi-souterraines en dépression, le pergélisol est plus mince et moins riche en glace, tandis que les bourrelets périphériques abritent un pergélisol plus épais et riche en glace. Les zones proches de la côte et des étangs thermokarstiques sont presque dépourvues de pergélisol. Les zones couvertes par de la végétation arbustive sont exemptes de pergélisol alors que celles dominées par les lichens et les mousses comprennent des noyaux de pergélisol riche en glace. Il a aussi été révélé que la forte résistivité observée par endroits est due à la présence de sol gelé et de sédiments grossiers, ce qui influence la profondeur de pénétration de l'ERT et du GPR, alors que les données de conductivité électrique mesurées par l'EMI étaient parfois trop basses pour la résolution de l'appareil. Un modèle conceptuel découlant des trois analyses géophysiques synthétise le contexte géocryologique complexe d'Oakes Bay 1, mettant en évidence la dégradation thermique subie par le pergélisol due à la conduction et à l'advection. Le pergélisol du site est classifié comme climato-protégé, ne pouvant se régénérer dans les conditions climatiques actuelles et donc très sensible au réchauffement. Les analyses géophysiques effectuées à South Aulatsivik ont révélé la présence d'une mince couche discontinue de pergélisol résiduel sur le tombolo hébergeant le site archéologique, tout en documentant la formation postglaciaire du tombolo. La dégradation du pergélisol soutenant le site archéologique de South Aulatsivik 6 est déjà à un stade avancé. En somme, ce projet représente une avancée significative dans l'exploration des conditions géocryologiques de sites archéologiques subarctiques de l'est du Canada. Il a permis d'évaluer la situation du patrimoine inuit en réponse aux variations climatiques tout en promouvant l'utilisation d'une méthode relativement rapide et non invasive. / Arctic and subarctic regions have been warming at twice the global average since the 1980s. These climate changes exert significant pressure on high-latitude environments, and this threat continues to grow. Rising atmospheric temperatures, permafrost thaw, changes in precipitation, and sea-level rise are disrupting geosystems, causing physical and chemical damage to ecosystems and human infrastructure, while also threatening cultural and archaeological heritage. The thawing of permafrost that supports archaeological sites can lead to their deterioration, thus threatening the integrity of cultural archives and their depositional context. However, very little is known about the distribution of permafrost within Inuit archaeological habitations, which typically appear as oval depressions dug into loose sediments. In Labrador (Canada), hundreds of Inuit and pre-Inuit archaeological sites are primarily located on permafrost-affected coasts. This study aims to characterize the current geocryological conditions of two coastal archaeological sites on two distinct islands in the Nain Archipelago (Labrador) using a multi-method geophysical approach. In July 2022, geophysical surveys were conducted at the Oakes Bay 1 site (Dog Island) and the South Aulatsivik 6 site (South Aulatsivik Island) using three complementary methods: electrical resistivity tomography (ERT), ground-penetrating radar (GPR), and electromagnetic induction (EMI). Profiles and key areas of the sites were analyzed according to their geomorphological and archaeological context. The results revealed the spatial variability of permafrost at the site scale. Indeed, the ERT and GPR allowed the assessment of the active layer thickness and the heterogeneity of subsurface properties according to the surface microtopography of the archaeological structures. For example, in the depressed center of the semi-subterranean houses, the permafrost is thinner and less ice-rich, while the peripheral walls contain thicker and ice-rich permafrost. Areas close to the coast and thermokarst ponds are almost devoid of permafrost. Shrub-covered areas are free of permafrost, whereas those dominated by lichens and mosses contain ice-rich permafrost zones. It was also revealed that the high resistivity observed in some places is due to the presence of frozen soil and coarse sediments, which influences the penetration depth of ERT and GPR, while the electrical conductivity data measured by the EMI were sometimes too low for the device's resolution. A conceptual model derived from the three geophysical analyses synthesizes the complex geocryological context of Oakes Bay 1, highlighting the thermal degradation of permafrost due to conduction and advection. The permafrost at the site is classified as climate-protected, unable to regenerate under current climate conditions, and therefore very sensitive to warming. Geophysical analyses carried out at South Aulatsivik revealed the presence of a thin discontinuous layer residual permafrost on the tombolo hosting the archaeological site, while also documenting the tombolo's postglacial formation. The degradation of the permafrost supporting the South Aulatsivik 6 archaeological site is already at an advanced stage. In summary, this project represents a significant advancement in the exploration of geocryological conditions of subarctic archaeological sites in eastern Canada. It has allowed for an assessment of Inuit heritage in response to climatic variations while promoting the use of a relatively quick and non-invasive method.

No description available.

Les observations dérivées d’images satellites suggèrent que la réduction récente de l’étendue de la glace de mer a entraîné une augmentation de la production primaire en Arctique. Cependant, peu d’observations in situ sont disponibles pour confirmer ces estimations, en particulier au début de la saison de production. Les cellules de microalgues collectées dans des pièges à particules déployés sur trois sites de la mer de Beaufort au cours de trois à cinq cycles annuels de 2011 à 2017 ont été énumérées et identifiées afin d'étudier les changements dans le timing, l'abondance et la composition de l’export de microalgues en relation avec les variations dans le couvert de neige et de glace de mer. Les diatomées ont dominé les flux de microalgues avec différents assemblages au printemps-été (avril à août; Fragilariopsis spp. et Thalassiosira spp.) et à l'automne (septembre-novembre; Cylindrotheca closterium). La fonte des neiges ou la débâcle des glaces s'est produite dès la fin avril (2016) et jusqu'à la mi-août (2013). Les flux printemps-été des diatomées variaient de 0,05 à 500 mg C m⁻² (< 10⁵ à 1,25 x 10¹⁰ cellules m⁻²) et étaient négativement corrélés à la date de la fonte des neiges (r² = 0,35, n = 12) et à la débâcle des glaces (r² = 0,32, n = 12). L’exportation de l’algue de glace Nitzschia frigida reflète la libération des algues de glace au début de la fonte des neiges. Les flux maximaux de diatomées ont été systématiquement observés peu de temps après la débâcle des glaces. La contribution en pourcentage du flux de carbone associé aux microalgues (MC) au flux de carbone organique particulaire (POC) augmente avec l'ampleur du flux de diatomées. L'ampleur du flux de diatomées automnal relativement faible n'était pas corrélée de manière significative à la date de formation du couvert de glace (r² = 0,24, n = 10). Nos résultats sont généralement cohérents avec les observations satellitaires suggérant une augmentation de la biomasse de microalgues et le développement d’une prolifération de diatomées à l’automne en réponse à une saison libre plus longue dans les mers arctiques. Les variations à l’échelle régionale dans le régime de neige et de glace de mer ont une incidence directe sur le moment et l’ampleur de la production de microalgues et sur sa contribution à l’export de POC dans la mer de Beaufort. Avec le réchauffement climatique, la réduction continue du couvert de neige et de glace dans les mers arctiques entraînera une augmentation des flux de carbone vers le benthos et, potentiellement, une séquestration du carbone en profondeur. / Microalgal cells collected in sediment traps deployed at three sites in the Beaufort Sea during three to five annual cycles from 2011 to 2017 were enumerated and identified to investigate changes in the timing, abundance and composition of microalgal export in relation to variations in snow and sea ice cover. Diatoms dominated the microalgal fluxes with different assemblages in spring-summer (April to August; Fragilariopsis spp. and Thalassiosira spp.) and autumn (September-November; Cylindrotheca closterium). Snowmelt or ice breakup occurred as early as late April (2016) and as late as mid-August (2013). The magnitude of the spring-summer diatom flux varied from ~0.05 to 500 mg C m⁻² (< 10⁵ to 1.25 x 10¹⁰ cells m⁻²) and was negatively correlated to snowmelt date (r² = 0.35, n = 12) and sea-ice breakup date (r² = 0.32, n = 12). The export of the ice-obligated algae Nitzschia frigida reflected the release of sea ice algae at the onset of snowmelt. Peak diatom fluxes were consistently observed shortly after seaice break-up. The percent contribution of microalgal carbon to the particulate organic carbon (POC) flux increased with the magnitude of the diatom flux. The magnitude of the relatively small autumnal diatom flux was not significantly correlated to freeze-up date (r² = 0.24, n = 10). Our results are generally consistent with satellite observations suggesting an increase in microalgal biomass and the development of an autumn diatom bloom in response to a longer ice-free season in Arctic seas. Variations at the regional scale in the snow and sea-ice regimes directly impact the timing and magnitude of microalgal production and its contribution to POC export in the Beaufort Sea. With global warming, the ongoing reduction of the sea-ice cover in Arctic seas will result in increased carbon fluxes to the benthos and, potentially, carbon sequestration at depth.

Résumé : L’utilisation des barres en matériaux composites de polymère renforcé de fibres (PRF) comme armatures principales dans les structures en béton est devenue un axe d’intérêt pour les constructeurs des ouvrages vue de leurs caractéristiques mécaniques importantes et leur résistance chimique élevée, particulièrement, la résistance à la corrosion. L’utilisation des barres en PRF se trouve ainsi comme une solution efficace aux problèmes de durabilité des structures en béton armé traditionnelles. Néanmoins, le comportement thermique est le principal inconvénient de ces barres, dû à la différence importante entre le coefficient d'expansion thermique transversal des barres de PRF et celui du béton durci. Cette différence, entre les propriétés thermiques de ces deux matériaux, provoque une pression radiale à l’interface Barre/Béton. Cette pression engendre des contraintes thermiques circonférentielles de traction dans le béton enrobant la barre en PRF sous une augmentation de température. Lorsque ces contraintes atteignent la résistance à la traction du béton (ft), des fissures radiales se produisent causant une perte d’adhérence entre la barre et l’enrobage de béton et, éventuellement, la rupture du béton d’enrobage si le confinement du béton n'est pas suffisant. Plusieurs études expérimentales et analytiques ont été faites pour caractériser les propriétés et le comportement des éléments en béton armé de barres en PRF sous l'effet indépendant de la charge thermique et mécanique. Tandis que, pas autant de recherches n’ont été effectuées en tenant compte des charges de service réelles des structures, telles que les charges mécaniques appliquées simultanément avec une variation thermique de -30°C à + 60 °C. Cette température représente généralement la variation climatique de la température sur la terre. L’objectif de ce projet est de réaliser une étude expérimentale et analytique afin d’étudier le comportement thermique et flexionnel des dalles en béton armé de barres en PRF sous les effets combinés des charges thermique et mécanique. La charge mécanique appliquée représente 20% de la résistance ultime flexionnelle des dalles. La température a été variée de -30°C à + 60 °C, de plus, 30 cycles gel/dégel ont été appliquées. A la fin des cycles thermiques toutes les dalles ont été soumises à l’essai de flexion en quatre points jusqu’à la rupture des dalles. L’étude analytique consiste à établir un modèle analytique permettant de calculer les déformations thermiques transversales à l’interface Barre/Béton. Le modèle proposé donne des valeurs de déformations en bon accord avec les résultats expérimentaux. Les résultats de cette étude nous permettent de conclure que l’utilisation des barres de PRFV comme armatures principales des dalles en béton pour les structures implantées dans les régions caractérisées par des conditions climatiques rudes n’influe pas sur la serviabilité de ces structures. // Abstract : The use of composite material of fiber reinforced polymer (FRP) bars as main reinforcement of concrete became an attractive solution idea for buildings constructors, due to its highmechanical performance, and its high chemical resistance, particularly, corrosion resistance. This make the FRP bars an alternative solution of durability problems of traditional reinforced concrete structures. However, the thermal behaviour is the main drawback of the FRP bars, due to the important difference between the transverse coefficient of thermal expansion of FRP bars and that of the hardened concrete. This difference involves a radial pressure generated at the FRP bar/concrete interface. This pressure produces a tensile circumferential thermal stresses within a concrete cover. When these stresses reach a concrete tensile strength (fct) a radial cracks occur producing the loss of the bond between GFRP bar and the surrounding concrete, and eventually, failure of the concrete cover if the confining action of concrete is not sufficient. Several experimental and analytical investigations have been carried out to characterize the properties and behavior of FRP materials under the independent effect of thermal and mechanical loads. However, no studies was carried out to investigate the effect of the actual service conditions, as the application of a sustained load combined with a temperature varied from -30°C to +60°C which represents, generally, a temperature variation in the globe. The aim of this project is to establish an experimental and analytical study to investigate the thermal and flexural behaviour of FRP bars-reinforced concrete slabs under combined thermal and mechanical loads. The mechanical applied load represents 20% of the flexural ultimate load of slabs. The temperature was varied from -30 to +60 °C, and 30 freeze/thaw cycles. At the end of thermal cycles, all slabs were subjected to four-points bending test up to failure of slabs. The analytical study consist to establish an analytical model allow to evaluate the transverse thermal strains at the interface bar/concrete. The proposed model is in good correlation with experimental results. From this study it can be conclude that the use of GFRP bars as a principal reinforcement for concrete slabs subjected to harsh environmental conditions has no big influence on the flexural behaviour of these slabs.

Soil freezing and thawing processes are of particular importance for agricultural areas. For example, frozen soils can increase the runoff during snowmelt in the spring. Freezing and thawing also have a direct influence on the sowing and harvesting dates, as well as on the crop yield. A better understanding of those phenomena is therefore important, and several researchers focused on this topic in the past. Due to its sensitivity to changes in the state of water, microwave remote sensing is an appropriate tool for that purpose. The main objective of this study is to monitor soil freezing and thawing processes using AMSR-E and RADARSAT-2 polarimetric data acquired over an agricultural area located near Saskatoon (Saskatchewan). With AMSR-E data, the goals are to compare different combinations of frequencies for the spectral gradient's algorithm regarding their capacity for detecting frozen soils, and to analyze the temporal dynamics of the brightness temperature in order to find a new indicator of soil freezing. As for RADARSAT-2 data, several polarimetric parameters and techniques are tested in order to identify soil freezing. For the first part concerning AMSR-E data, a global precision for the discrimination of frozen and thawed soils higher than 90% was obtained with the spectral gradient's algorithm, for the combinations including high (18.7 and 36.5 GHz) and low (6.9 and 10.7 GHz) frequencies as well as for the one using only high frequencies. It is shown that, for the combination based on the 18.7 and 36.5 GHz frequencies, results are improved when a negative threshold is used for the spectral gradient. When high and low AMSR-E frequencies are combined, a null threshold is on the contrary appropriate, which constitutes an operational advantage. A new algorithm for detecting frozen soils, based on a thresholding approach applied to the spectral gradient of polarization difference and the brightness temperature at 36.5 GHz, was also proposed. The performances of the new algorithm to discriminate frozen and thawed soils are very similar to those obtained using the spectral gradient of brightness temperature (global precision around 90% and probability of detecting frozen soils between 70% and 85%). The performances are also slightly higher for the combinations including the lower AMSR-E frequencies. However, annual statistics for the spectral gradient of polarization difference are required to calculate the thresholds. The results obtained with AMSR-E data highlight the relevance of including SMOS L-band brightness temperatures for the calculation of brightness temperature and polarization difference spectral gradients. The qualitative analysis of the results obtained using RADARSAT-2 data shows that surface scattering dominates volume scattering for frozen soils, which can be explained by the rough fields in the study area, as compared to the signal's wavelength (C-band). Nevertheless, several polarimetric parameters indicate a slight increase of the volume scattering in frozen soils, which is theoretically expected. This was observed for the linear and circular depolarization ratios, the amplitude of the HHVV, RLLL and RLRR correlation coefficients, as well as for the pedestal height. Also, the entropy and [alpha overline]-angle of the Cloude-Pottier target decomposition increase slightly in frozen soils ; the same is true for the volume scattering component of the Freeman-Durden and Yamaguchi target decompositions, with an equivalent decrease of the surface scattering component. Despite these interesting observations, a quantitative analysis of the results is necessary in order to evaluate the usefulness of polarimetry regarding the detection of frozen soils. This would allow the validation of the behavior, possibly caused by soil freezing, of the mean value and the standard deviation of the HHVV phase difference and the standard deviation of the RLLL and RLRR phase differences.

La dégradation du béton associée à l’exposition en ambiance hivernale rigoureuse est une problématique connue en Amérique du Nord en raison de la sévérité du climat en période hivernale. Un des types de dégradation, la fissuration interne, se manifeste par l'apparition d'une intense microfissuration du béton en surface, mais aussi à l'intérieur de la masse. Celle-ci peut conduire à une perte de cohésion du matériau, réduisant ses caractéristiques mécaniques et sa perméabilité. Dans un souci de développement durable et de recherche performancielle, des liants ternaires, comprenant des ajouts minéraux autre que la fumée de silice ont été développés. Les études scientifiques portant sur l’influence du facteur d’espacement à ce type de dégradation sont peu nombreuses, voire inexistantes. Il est par conséquent important de vérifier si les spécifications actuelles permettent d’assurer la confection d’un matériau durable au gel. Dans ce mémoire, nous avons étudié l’influence du facteur d’espacement, du paramètre E/L, de l’influence du type de superplastifiant et d’un granulat marginal sur la résistance à la fissuration interne des bétons en utilisant l’essai accéléré normalisé ASTM C666, procédure A lors de l’utilisation de liants ternaires. Une grande partie de cette recherche a porté sur l’étude de la relation entre le facteur d’espacement et la tenue aux cycles gel-dégel des bétons. Le projet s’est divisé en 4 phases, la première a permis de déterminer un intervalle contenant le facteur d’espacement critique pour chacun des liants étudiés. Il est ainsi établi qu’il est nécessaire d’avoir un facteur d’espacement inférieur à 340 µm pour assurer la durabilité des bétons V-S formulés à partir de liants ternaires. La deuxième phase a montré que le type de superplastifiant n’influe pas sur le facteur d’espacement critique, mais change les caractéristiques du réseau d’air à l’état frais. La troisième phase a porté sur l’analyse de l’influence d’une variation du rapport E/L sur la durabilité au gel-dégel. Il en résulte qu’une variation dans les limites permises n’a pas d’incidence sur le facteur d’espacement critique tant que les hypothèses restent dans l’intervalle prescrit par le tome VII de la norme 3101. La dernière et quatrième phase a permis de montrer que le granulat marginal sélectionné n’a pas d’incidence particulière sur la résistance au gel-dégel en fissuration interne.

Les matériaux cimentaires peuvent se détériorer grandement lorsqu'ils sont soumis à des cycles de gel/dégel avec ou sans sels de déverglaçage. Ceci peut porter atteinte à la durabilité à long terme des bétons/mortiers dans les régions aux hivers froids. Laissant de côté les processus d'endommagement et de rupture mécanique à l'oeuvre dans de tels problèmes, ce mémoire de thèse est consacré aux phénomènes physiques et thermo-mécaniques accompagnant la solidification de l'eau dans des solides poreux cohésifs, avec une attention particulière aux "propriétés matériau" issues de l'hydratation du ciment et de l'évolution de la microstructure. Ce travail reprend la poromécanique des milieux poreux partiellement gelés telle que développée par Olivier Coussy, tout en lui adjoignant une analyse de l'effet de la fin de la surfusion (en volume, hors contribution capillaire) et de la présence de sels dans le liquide saturant l'espace poreux. Nous avons mesuré la température de fin de surfusion en fonction de la concentration en sel. Ceci nous permet ensuite de calculer l'angle de contact entre la glace et les parois des pores dans le cadre classique de la nucléation hétérogène : on trouve que cet angle diminue avec la concentration en sel. Nous montrons que la dilatation instantanée consécutive à la fin de la surfusion dépend de la structure poreuse puisque cette dernière détermine la teneur en glace dans l'espace poreux. À l'aide de la distribution de tailles de pores estimée par porosimétrie par intrusion de mercure, nous estimons le degré de saturation en glace en fonction de la température et de la concentration initiale en sel via la relation de Gibbs-Thomson. Nous avons mesuré la déformation d'échantilllons de pâte de ciment saturées. L'analyse poromécanique montre que la déformation dépend de la concentration initiale en sel et de la structure poreuse des pâtes de ciment. En utilisant la même approche expérimentale sur des pâtes de ciment sèches, nous trouvons que la porosité (avec ou sans vide d'air entraîné) influence significativement le coefficient d'expansion thermique du matériau. En ce qui concerne les pâtes de ciment saturées, les mesures expérimentales et l'approche poromécanique en condition drainée ou non-drainée montrent que le degré de saturation initiale en liquide des vides d'air entraîné a un impact important sur la déformation de l'échantillon avec la température

Staline mort, le 5 mars 1953, les membres de son entourage définirent de nouvelles orientations pour le système soviétique dont ils avaient désormais la charge. Une fois les portefeuilles redistribués, ils s'attaquèrent en urgence à l'héritage répressif colossal laissé par le dictateur. En quelques années seulement, ils firent relâcher plusieurs millions de détenus des camps du Goulag. Cette thèse pose le caractère fondamental de ces libérations massives pour les transformations de la société soviétique dans la période dite du " Dégel " et pour la redéfinition du modèle soviétique sous la direction de Nikita Khrouchtchev (Premier secrétaire du Comité central du PCUS de 1953 à 1964). Souvent supposée, la portée des libérations massives n'a jamais fait l'objet d'une étude complète, intégrant tous les prisonniers, et non les seuls " politiques ", et portant sur les aspects sociaux, politiques et pénitentiaires du démontage du Goulag et du retour à la liberté de millions de réclusionnaires. Quatre questions ont guidé cette recherche. Quels desseins présidèrent aux amnisties massives, qui menaçaient d'être impopulaires et qui sabordaient un modèle économique fondé sur le travail forcé des détenus ? Pour comprendre comment les héritiers de Staline en vinrent à démonter le Goulag, il faut interroger les connaissances qu'ils avaient des réalités économiques et sociales du système pénitentiaire, leur hiérarchie des problèmes et les solutions qu'ils avaient à leur disposition pour les résoudre. De plus, il faut faire la part de la prise de risque, favorisée par l'atmosphère de lutte pour le pouvoir qui encourageait les actions hardies chez les membres du Présidium du Comité central en concurrence. Il faut également prendre en compte que les conséquences des libérations massives étaient souvent inattendues, essentiellement parce que les opérations elles-mêmes étaient mal préparées. Enfin, l'époque du " Dégel " est une ère d'expérimentation. En quête de moyens de réactiver le projet socialiste, les dirigeants, Khrouchtchev en tête, croyaient à la nécessité de réformer les criminels pour les intégrer à la société. Deuxième interrogation à la base de ce travail : quel a été l'impact du retour de millions d'anciens détenus sur la société soviétique ? C'est par l'intermédiaire des dispositifs administratifs, policiers et judiciaires que nous accèderons aux conditions de leur réinsertion. Cela commence par l'organisation logistique du rapatriement des multitudes libérées, rendue difficile par l'éloignement de certains centres pénitentiaires géants et l'engorgement des transports. La plupart des anciens détenus étaient astreints à des règles extrêmement limitatives de séjour et d'établissement connues sous le nom de " réglementation spéciale " des passeports intérieurs. D'autres dispositifs, plus lâches, étaient à l'œuvre pour favoriser leur " mise au travail ". Enfin, la répression pénale menaçait les repris de justice. Nous verrons que les libérés vinrent gonfler les marges sociales du chômage, du vagabondage, de la mendicité et de la prostitution, hors d'atteinte des dispositifs susmentionnés. Quelle fut la profondeur de la politique de "réhabilitation" ? La reconnaissance de préjudices infligés à des innocents, hier encore stigmatisés comme les principaux ennemis du régime, est l'un des événements sociopolitiques majeurs du Dégel. Ce travail montre comment les hommes de l'entourage de Staline, qui appliquèrent docilement ses ordres les plus sanglants, en sont venus néanmoins à faire annuler un grand nombre de condamnations pour crimes " contre-révolutionnaires " au nom du retour à la légalité. Il analyse si cette déclaration d'innocence a été suivie de mesures concrètes en faveur des réhabilités et comment étaient traitées les revendications de ceux qui estimaient avoir été injustement stigmatisés et réclamaient de recouvrer leurs biens, leur emploi et leur honneur. Une quatrième et dernière problématique concerne la redéfinition du maintien de l'ordre public. En effet, si les libérations massives du Goulag s'enchâssent dans la thématique du retour des populations déplacées par la contrainte pendant la période stalinienne, elles ne s'y épuisent pas. Le système carcéral a continué à recevoir de nouveaux contingents de prisonniers après la mort de Staline. Dès lors, le contrôle sur les libérations occupait une place primordiale dans le maintien de l'ordre et la lutte contre la criminalité. Les mécanismes optimums de libération des détenus ne pouvaient être inventés qu'en prenant en considération la récidive et généralement les conséquences criminogènes des sorties. Le contrôle des flux carcéraux devint un enjeu considérable dans les nouveaux schémas de maintien de l'ordre qui se développèrent sous Khrouchtchev.

The advantages of fiber-reinforced polymer (FRP) composite material have attracted structural and architectural engineers as alternative construction materials of the traditional wood, steel and concrete. Concrete-filled FRP tubes (CFFTs) system is one of the most promising applications of the FRP composit material. This innovative integrated system can protect RC structures from aggressive environmental conditions; sequentially expand the service life of structures. Nevertheless, limited knowledge is available on the CFFT system at extreme service environments. Data related to durability of the CFFT as integrated system comparing with conventional ones is one of the major challenges that need to be addressed. These data are moer required prior to the widespread acceptance and implementation of FRP materials in civil infrastructure. Farther, comprehensive databases in this specific are critical to provide designers and practicing engineers with the knowledge to select the best solution toward achieving a sustainable built environment. This thesis focuses on evaluating the short and long term effect of freze-thaw cycles on the mechanical behavior of the filament wound glass-FRP (GFRP) tubes. In addition, the thesis evaluating the axial performances of reinforced and unreinforced CFFT columns through experimental and theoretical study. To fulfill the objectives of this research, an experimental program has been designed to examine three main parts. (I) Mechanical properties of the GFRP tubes; (II) The axial behavior of CFFT cylinders; (III) The axial behavior of CFFT reinforced and unreinforced columns. The effect of five parameters and their interactions were investigated; namely, the effect of different freze-thaw cycles (in dry air, frsh and/or salt water), number of cycles (100 and/or 300 cycles), two different thicknesses (2.65 mm and 6.4 mm) of the GFRP tube. The influence of using different types of internal longitudinal reinforcement (steel, GFRP, and carbon FRP bars) and the type of transverse reinforcements (spiral steel or FRP tubes) are included in the test variables. Based on the finding of experimental investigation regarding mechanical properties of the GFRP tubes (part I), neither the type nor the number of freze--thaw cycles affect the strength of GFRP tube used in this study. However, increasing in the stiffness, reductions in the strains and transition in failure mechanisms are identified after 300 freze-thaw cycles. The experimental results of axial compression tests on CFFT cylinders (part II) indicated low influence of the freze-thaw cycles on the average ultimate strength of CFFT tube with the large thickness. While, significant and sever degradation was reflected on the behavior of CFFT cylinders with the small thickness after 300 freze-thaw cycles. Based on the experimental test results of (part II) environmental reduction factors were proposed to consider the effect freze/thaw cycles on the strength capacity of CFFT cylinders. Also, the regression analysis was used to predict the service life environmental reduction Factors to design CFFT member for up to 75 years. In addition, an assessment of selected FRP-confined models has been presented to predict the ultimate strength of CFFT cylinders based on the test results of (part I). Finally, comparisons between the experimental results and those predicted by the selected models were presented. The experimental investigation on the performance of reinforced CFFT columns (part III) indicated that the freze-thaw exposure brings about individual degradation, in different levels, in the component of the CFFT (GFRP tube, concrete and reinforcement) as integrated systems. This degradation resulted in reduction in the axial carrying capacities of the conditioned columns. Nevertheless, an increase in compressive strength of the CFFT columns was evident over the RC conventional columns. Based on the test results of this (part III), environmental reduction factors were proposed to account for the effect of freze/thaw cycles on the axial load capacity of reinforced and unreinforced CFFT columns. The data obtained from the test results of (part I), predicted confined compressive strength optained from (part II) and the proposed environmental reduction factors from (part III) were used in the ACI440-2R-08 and CAN/CSA S806-08 design equations to predict the nominal capacity of CFFT columns in sever environmental condition.