Nous étudions des fluctuations qui sont omniprésentes dans des collisions entre particules aux hautes énergies. Ces fluctuations peuvent être de nature classique ou quantique et nous allons considérer ces deux cas. D'abord, nous étudions les fluctuations quantiques qui sont présentes dans des collisions entre protons. Celles-ci sont calculables en théorie quantique des champs, et nous allons nous concentrer sur une certaine classe de diagrammes dans ce cadre. Dans un second temps nous allons étudier des fluctuations qui sont présentes dans des collisions entre particules plus lourdes que le proton. Celles-ci sont décrites par les lois quantiques de la nature qui donnent les positions des nucléons dans le noyau, ou bien des fluctuations classiques, d'origine thermique, qui affectent l'évolution hydrodynamique du milieu produit dans une collision. Les fluctuations dans des collisions entre protons peuvent être calculées analytiquement jusqu'à un certain ordre en théorie quantique des champs. Nous allons nous concentrer sur des diagrammes à une boucle, d'une topologie donnée. Ces diagrammes aux boucles donnent des intégrales, qui typiquement sont difficiles à calculer. Nous allons démontrer comment des outils des mathématiques modernes peuvent être utilisés pour faciliter leur évaluation. En particulier, nous allons étudier des relations entre des coupures d'un diagramme, la discontinuité à travers d'un branchement et le coproduit. Nous allons démontrer comment l'intégrale originale peut être reconstruit à partir de l'information contenue dans le coproduit. Nous nous attendons à ce que ces méthodes seront utiles pour le calcul des diagrammes avec des topologies plus difficiles et ainsi aident au calcul des nouvelles amplitudes de diffusion. A la fin, nous étudions les deux types de fluctuations qui ont lieu dans des collisions entre ions lourds. Celles-ci sont liées soit à l'état initial de la matière, soit à l'état intermédiaire produit dans une telle collision. Les fluctuations de l'état initial ont été mesurées expérimentalement, et on voit qu'elles donnent lieu à des non-Gaussianités dans le spectre final de particules. Nous allons démontrer comment ces non-Gaussianités peuvent être comprises comme des positions et des énergies d'interaction aléatoires des 'sources' dans les noyaux entrant en collision. En plus, nous étudions le bruit hydrodynamique dans le milieu produit juste après une collision. Le comportement de ce milieu est celui d'un fluide à basse viscosité. / We study fluctuations that are omnipresent in high-energy particle collisions. These fluctuations can be either of either classical or quantum origin and we will study both. Firstly, we consider the type of quantum fluctuations that arise in proton-proton collisions. These are computable perturbatively in quantum field theory and we will focus on a specific class of diagrams in this set-up. Secondly, we will consider the fluctuations that are present in collisions between nuclei that can be heavier than protons. These are the quantum laws of nature that describe the positions of nucleons within a nucleus, but also the hydrodynamic fluctuations of classical, thermal origin that affect the evolution of the medium produced in heavy-ion collisions. The fluctuations arising in proton-proton collisions can be computed analytically up to a certain order in perturbative quantum field theory. We will focus on one-loop diagrams of a fixed topology. Loop diagrams give rise to integrals that typically are hard to evaluate. We show how modern mathematical methods can be used to ease their computation. We will study the relations among unitarity cuts of a diagram, the discontinuity across the corresponding branch cut and the coproduct. We show how the original integral corresponding to a given diagram can be reconstructed from the information contained in the coproduct. We expect that these methods can be applied to solve more complicated topologies and help in the computation of new amplitudes in the future. Finally, we study the two types of fluctuations arising in heavy-ion collisions. These are related either to the initial state or the intermediate state of matter produced in such collisions. The initial state fluctuations are experimentally observed to give rise to non-Gaussianities in the final-state spectra. We show how these non-Gaussianities can be explained by the random position and interaction energy of `sources' in the colliding nuclei. Furthermore, we investigate the effect of hydrodynamical noise in the evolution of the medium produced just after a collision. This medium behaves like a fluid with a very low viscosity, and so the corresponding evolution is hydrodynamical.

Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) interviennent de plus en plus dans le domaine de la médecine régénérative, notamment pour traiter des maladies aujourd’hui difficilement curables avec les moyens actuels. Deux verrous scientifiques limitent pourtant leur utilisation et leur commercialisation. D’une part, de grandes quantités de cellules sont nécessaires pour répondre à la forte demande médicale. D’autre part, les cellules étant elles-mêmes le médicament final, délivré chez le patient, leur qualité doit être préservée (phénotype souche, capacité de différenciation). La mise en culture de ces cellules, sur des microporteurs, en bioréacteur agité, semble répondre à ces enjeux. Cependant, une connaissance plus précise de l’impact, sur la réponse physiologique des cellules, des technologies utilisées et de l’hydrodynamique générée est nécessaire pour améliorer les lois d’extrapolation des bioréacteurs de culture de CSM. Dans ce contexte, des travaux ont été mis en œuvre pour étudier l’influence du mode d’agitation (orbital ou mécanique) sur l’attachement, l’expansion et le détachement de CSM issues de la gelée de Wharton (GW-CSM) de cordons ombilicaux, sur des microporteurs de différentes compositions. Pour contribuer à la quantification de l’expansion cellulaire, une méthode de comptage automatique in situ a été développée pour estimer le nombre de cellules par microporteur, ainsi que leur répartition, sans avoir à procéder à leur détachement. Des microporteurs commerciaux ont ensuite pu être comparés à des microporteurs synthétisés dans un laboratoire partenaire, en termes d’attachement et expansion cellulaire, ainsi que de facilité de détachement. En parallèle de ces travaux, l’impact de la conception du mobile d’agitation, en bioréacteur mécaniquement agité, sur la mise en suspension de microporteurs a été analysé. A l’issue de cette étude, une analyse dimensionnelle et des simulations CFD ont été mises en place et deux modèles reliant la fréquence minimale de juste mise en suspension (Njs) avec la géométrie du mobile d’agitation (forme, taille, position dans la cuve) et les propriétés matérielles des particules et de la phase liquide ont été proposés. Une stratégie d’optimisation des paramètres géométriques d’un mobile en minibioréacteur, dédié à la culture de CSM sur microporteurs, a été mise en place, à partir de paramètres caractérisant les contraintes hydromécaniques perçues par la phase solide, judicieusement choisis et intégrés lors des simulations CFD. Selon un plan d’expérience, et les résultats extraits des simulations, des surfaces de réponse ont été construites et une optimisation multi-objective a été réalisée afin de déterminer la géométrie minimisant les contraintes perçues par les particules, et donc par les cellules adhérées. Des cultures de GW-CSM en minibioréacteurs équipés de différents mobiles ont finalement été validées, avec une comparaison préliminaire de l’impact de ces géométries sur l’expansion cellulaire / Mesenchymal stem cells (MSC) are becoming increasingly involved in the regenerative medicine field, particularly to treat diseases that are not effectively curable with the current therapies. Two scientific barriers are nevertheless responsible for MSC use and commercialization limitations. On one side, large amounts of cells are needed to reach the high cell dose requirements. On the other side, cells being the final product themselves, directly injected into the patient, their quality have to be controlled (stem cell phenotype, differentiation capability). MSC cultivation on microcarriers in a stirred bioreactor seems to meet these challenges. However, a precise knowledge about the impact of the technologies and the hydrodynamics generated, on the physiological cell response, is necessary to improve the scale-up of MSC cultures in bioreactors. In this context, present work is dedicated to the study of the impact of the agitation mode (orbital or mechanical) on the cell attachment, expansion and detachment on various microcarrier types, in the case of MSC derived from the Wharton’s jelly (WJ-MSC) of umbilical cords. To quantify more precisely cell distribution and expansion on microcarriers, an automatic and in situ counting method was developed, which need no detachment step. This allowed the identification of commercial microcarriers suitable for WJ-MSC cultures, which were then compared to home-made microcarriers, synthesized by a partner laboratory, in terms of cell attachment and expansion, and detachment efficiency. In parallel to these works, the impact of the impeller design on the microcarrier suspension in stirred tank bioreactors was investigated. Based on a dimensional analysis and CFD simulations, it resulted in the establishment of two models relating the minimal agitation rate to ensure all particle suspension (Njs) with the impeller geometrical characteristics (design, size, off-bottom clearance) and the material properties of both the solid and the liquid phases. CFD models validation allowed then to develop a strategy to optimize the geometrical configuration of an impeller, dedicated to MSC cultures on microcarriers in a minibioreactor. Parameters characterizing the hydromechanical stress encountered by the solid phase were wisely chosen and integrated into CFD simulations. Based on a design of experiments, and the hydrodynamics data recovered from simulations, response surfaces were built and a multiobjective optimization was achieved in order to determine the geometry minimizing the particle stress, and also by adhered cells. WJ-MSC cultures in minibioreactors equipped with impellers displaying various geometries were finally validated, with a preliminary comparison of the impact of these geometries on the cell expansion

La Nouvelle-Calédonie détient d’importantes réserves de nickel latéritique et est devenue, en 2017, le cinquième producteur mondial de Ni. Ces dépôts sont habituellement considérés comme résultant d’altération latéritique intense de la péridotite, qui constitue la principale source de nickel. Ainsi, le principal modèle conceptuel de la formation des minerais de nickel latéritique en Nouvelle-Calédonie est un modèle per descensum où la plupart des éléments (Mg, Ni et Si) ont été lessivés depuis la surface, en particulier lors du développement du sol latéritique. Le nickel est ensuite reprécipité, soit dans la goethite de la latérite fine, soit au niveau de la saprolite, sous forme de goethite et de silicates Mg-Ni, dont des talc-like ou kérolite. Les observations minéralogiques et structurales récentes ainsi que les données minières ont cependant mis en évidence de nombreux types d’hétérogénéités dans les concentrations, et la distribution des porteurs de Ni. Comprendre les facteurs la mobilité de cet élément, ses mécanismes de piégeage ainsi que les paramètres chimiques et hydrodynamiques à l’origine de ce piégeage, est essentiel afin de prévoir la distribution du nickel dans les profils latéritiques en Nouvelle-Calédonie, et constitue l’objectif de cette thèse. Ce travail est basé sur le développement (i) d’un modèle 1D s’intéressant en particulier au comportement géochimique du nickel lors de l’altération de l’ophiolite, sa comparaison avec les observations in situ et une compréhension détaillée de la mobilité des éléments traces pendant le processus, et (ii) d’un modèle 2D hydro-géochimique couplé avec l’hydrodynamique complexe des profils latéritiques, améliorant ainsi la connaissance du contrôle structural sur la redistribution et la minéralisation du nickel. Tandis que les simulations 1D permettent de mieux comprendre les aspects chimiques contrôlant les processus de rétention du nickel au sein d’un profil, le modèle 2D se révèle être un outil puissant pour la compréhension de la formation des dépôts locaux les plus riches en nickel. Les résultats du modèle 2D montrent une remobilisation du nickel depuis les horizons supérieurs puis sa reprécipitation sous forme de silicates dans la saprolite. Le nickel remobilisé provient principalement de la zone saprolitique à cause de la dissolution des silicates de nickel formés précédemment ainsi que de l’olivine résiduelle de cette zone. Ce modèle a également révélé que l’horizon latéritique (et en particulier les oxy- hydroxydes de nickel) avait un faible impact dans la remobilisation du nickel. L’infiltration latérale de l’eau contenant le nickel dissout issu des formations surincombantes est à l’origine de la formation des zones les plus riches dans les parties inférieures du profil. Cette redistribution est entièrement contrôlée par l’hydrodynamique locale, la topographie ainsi que l’orientation et la position des fractures. Les modèles présentés permettent d’expliquer les processus de formation des minerais de nickel latéritique saprolitique, améliorant ainsi la compréhension des paramètres contrôlant la mobilité des éléments traces dans un environnement ultramafique. Ceci donne une nouvelle clé de distribution du nickel dans les profils actuels, qui peut devenir un outil pour la prospection minière, et la recherche de nouvelles ressources exploitables / New Caledonia hosts significant lateritic nickel reserves, and presently became the fifth largest Ni producer in the world. These deposits are generally thought to be closely as- sociated with the intense chemical and mechanical weathering of peridotite bedrock that is a principal source of nickel. Thus, the main ore genesis model for Ni ores in New Caledonia is based on a single per descensum model where most elements (Mg, Ni, and Si) are leached from the surface, particularly, during lateritic soil development. Nickel is then concentrated either in the fine-grained laterite where goethite is the main Ni bearer, the so-called ’lateritic ore’, or below the laterites, in the saprolite level, where nickel occurs as goethite and several types of Mg-Ni silicates, in particular kerolite. Recent mineralogical and structural observations together with mining data have revealed a lot of different types of heterogeneities associated with the distribution and mineralogy of Ni bearing minerals. Therefore, in depth investigations of Ni mobility, its retardation processes along with its governing chemical and hydrodynamic parameters are of big importance for understanding and subsequent prediction of Ni distribution in profiles of New Caledonia. Such an investigation is an objective of the present work. The concept is based on the development of i) a powerful 1D model with particular emphasis on Ni geochemical behavior during ophiolite weathering, its comparison with in situ observations, and detailed understanding of trace elements mobility, and ii) 2D hydro-geochemical model coupled with complex hydrodynamics, that would additionally provide new insight into the structural control on Ni redistribution and mineralization. While the 1D simulations provide a remarkable result for understanding the chemical features that drive Ni retention processes in a profile, 2D model appears to be a powerful tool for understanding how local Ni-enrichments may form. The results of this model show the reactivation of Ni from upper horizons and its concentration in neo-formed silicates in bottom of the saprolite. The reactivated Ni comes mostly from the saprolite horizon due to the redissolution of previously formed Ni-bearing silicates and still persisting in this olivine zone. Modeling has revealed minor contribution of the laterite horizon (Ni-oxi-hydroxides) into the Ni remobilization. The lateral infiltration of water with remobilized Ni from areas such as topographic highs to downstream slope areas leads to the formation of richest deposits in this lower part of profile. The manner of redistribution is fully governed by the topographic slopes, orientation and position of the fractures. Presented models appear to be of importance in attempt of explanation of Ni mineralization processes, revealing the main keys to understanding the control of trace elements mobility in ultramafic environment. The latter gives new insights into the Ni distribution in present day profiles and, therefore, may greatly help in mineral prospecting and forecasting the distribution of future resources

Au cours des dernières décennies, les communautés de recherches océanographiques et atmosphérique ont démontrées que pour améliorer notre compréhension du couplage entre l'atmosphère et l'océan, et le paramétrage du flux de masse entre l'océan et l'atmosphère (gaz, aérosols, par exemple) , de moment (pour la génération de vagues et de courants marins) et d'énergie (flux de chaleur et énergie cinétique pour les courants et le processus de mélange près de la surface ) dans les modèles couplés océan-atmosphère, les vagues doivent être prises en compte. La physique du couplage dépend de la cinématique et de la dynamique du champ de vagues, y compris les processus de génération de vagues liées au vent, les interactions non-linéaires, ondes-ondes et la dissipation des vagues, cette dernière étant normalement considérée comme dominée par le déferlement. Nous présentons ici une série d'études expérimentales et numériques, démontrant l'importance du champ de vagues sur les interactions océan - atmosphère. / Over the last several decades there has been growing recognition from both the traditional oceanographic and atmospheric science communities that to better understand the coupling between the atmosphere and the ocean, and reflect that understanding in improved air-sea fluxes of mass (e.g. gases, aerosols), momentum (e.g. generation of waves and currents) and energy (e.g. heat and kinetic energy for currents and mixing) in coupled ocean-atmosphere models, surface-wave processes must be taken into account. The underlying physics of the coupling depends on the kinematics and dynamics of the wave field, including processes of wind-wave growth, nonlinear wave-wave interactions, wave-current interactions and wave dissipation, with the last normally considered dominated by wave breaking. Here we present a series of experiments, both numerical and field observations, focusing on surface wave effects on air-sea interaction processes.

Ces travaux se concentrent sur la résolution de problèmes de mécanique des fluides compressibles. De nombreuses méthodes numériques ont depuis plusieurs décennies été développées pour traiter ce type de problèmes. Cependant, l'évolution et la complexité des architectures informatiques nous poussent à actualiser et repenser ces méthodes numériques afin d'utiliser efficacement les calculateurs massivement parallèles. Au moyen de modèles de performance, nous analysons une méthode numérique de référence de type Lagrange-Projection afin de comprendre son comportement sur les supercalculateurs récents et d'en optimiser l'implémentation pour ces architectures. Grâce au bilan de cet analyse, nous proposons une formulation alternative de la phase de projection ainsi qu'une nouvelle méthode numérique plus performante baptisée Lagrange-Flux. Les développements de cette méthode ont permis d'obtenir des résultats d'une précision comparable à la méthode de référence. / This works are dedicated to hydrodynamics. For decades, numerous numerical methods has been developed to deal with this type of problems. However, both the evolution and the complexity of computing make us rethink or redesign our numerical solver in order to use efficiently massively parallel computers. Using performance modeling, we perform an analysis of a reference Lagrange-Remap solver in order to deeply understand its behavior on current supercomputer and to optimize its implementation. Thanks to the conclusions of this analysis, we derive a new numerical solver which by design has a better performance. We call it the Lagrange-Flux solver. The accuracy obtained with this solver is similar to the reference one. The derivation of this method also leads to rethink the Remap step.

Les puces microfluidiques sont des éléments clés pour la manipulation et l'analyse de solutions et d'échantillons biologiques. Elles facilitent les études aux échelles microscopiques et sont le fondement du concept de laboratoire sur puce, à la pointe des diagnostics médicaux. L'objectif de ces travaux de thèse a été d'explorer les possibilités fonctionnelles offertes par les architectures microfluidiques 3D, dans le cadre du développement d'outils diagnostiques reposant sur le tri, le marquage et la manipulation de cellules. Ces fonctions ont été validées sur des sous-populations de monocytes, qui sont des marqueurs de maladies inflammatoires. Afin de couvrir une chaîne cohérente d'étapes nécessaires au prétraitement des échantillons biologiques complexes, trois fonctions complémentaires ont été étudiées : le tri par taille par filtration hydrodynamique, le tri immunologique par séparation magnétique et le marquage sur puce par microparticules magnétiques. En vue d'effectuer des réactions de marquage (sondes fluorescentes ou microbilles magnétiques), un micro-mélangeur reposant sur la séparation et recombinaison de flux (transformation du boulanger) a été fabriqué et caractérisé. Des expériences de test des dispositifs pour les mélanges fluorescéine/eau et cellules/microbilles sont proposées, ainsi que les modèles analytiques et numériques associés. De nouvelles approches de tri par taille par filtration hydrodynamique ont été étudiées, en réalisant des structures 3D en "bypass", qui rendent possible une stratégie de mélange adaptée aux cellules et particules. Un modèle analytique des écoulements et de l'efficacité de tri et de mélange est proposé, ainsi qu'une caractérisation des dispositifs. Il a été de plus démontré que cette approche permettait également de réaliser la séparation d'espèces sub-micrométriques comme les microparticules sanguines. Tous les systèmes microfluidiques 3D ont été obtenus par une technique originale d'empilement (laminage) de films secs photosensibles, réduisant nettement le temps de micro-fabrication et compatibles avec les procédés standards. Cette technique de fabrication permet également l'intégration de micro-sources magnétiques dans les laboratoires sur puce par la réalisation de micro-bobines planaires sous des canaux microfluidiques. En couplant les effets des micro-bobines intégrées aux champs générés par des aimants extérieurs, nous apportons la preuve de concept de systèmes pour la séparation, la déviation et le piégeage de microbilles magnétiques. Les modèles (champs et force magnétiques) et la caractérisation des dispositifs seront présentés. Nous aborderons également la réalisation d'instrumentation spécifique (source de courant) pour l'actionnement des bobines, permettant le contrôle (temporel et en intensité) des champs magnétiques appliqués. / Microfluidic chips are key elements for solutions and biological samples handling and analysis. They are enablers for micro-scale studies and are the cornerstone of lab on chips, at the cutting edge of medical diagnostics. The aim of this thesis work was to explore functional possibilities offered by 3D microfluidic architectures for the development of diagnostic tools relying on cell sorting, tagging and handling. These functions were investigated on monocytes sub-populations, which are markers for many inflammatory diseases. In order to cover a consistent series of necessary steps for complex biological samples pretreatment, three additional functions were studied: size sorting with hydrodynamic filtration, immuno-isolation by magnetic separation, and on-chip tagging with magnetic microparticles. To perform tagging reactions, a micromixer based on diffusion and flow split and recombination (baker's transform) was fabricated and characterized. Analytical (diffusion) and numerical (diffusion-advection) models are showed, together with test experiments on the devices for mixing reactions of fluorescein/water and cells/microbeads. New approaches of hydrodynamic filtration based size sorting were investigated by devising 3D bypass structures, that allow developing a mixing strategy (tagging reactions) suited to cells and particles. An analytical model for flows and sorting efficiency is introduced and compared to the devices characterization. Furthermore, it was shown that this approach also enables sorting of sub-micron particles (like blood microparticles). All 3D microfluidic systems were obtained thanks to an original dry film photoresist stacking (lamination) technique, dramatically reducing micro-fabrication time, even though compatible with standard process. This fabrication technique also enables magnetic micro-sources integration in lab on chips by realizing planar micro-coils underneath microfluidic channels. By coupling the effects of integrated micro-coils to the fields generated by external magnets, we brought the proof of concept of systems dedicated to trapping, focusing and separating (in flow) magnetic microbeads. Models (magnetic fields and forces) are described along with devices characterization. Conception of specific instrumentation (current source) for micro-coils actuation is also shown, as it allows time and intensity control over applied magnetic fields.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 février 2024) / Les environnements fluvio-estuariens froids comme l'estuaire fluvial du Saint-Laurent (EFSL) présentent la singularité d'être affectés par un régime d'écoulement complexe et la présence d'un littoral fortement anthropisé. Ces caractéristiques complexifient l'étude des processus morphosédimentaires et de la trajectoire hydrogéomorphologique des environnements fluvio-estuariens de l'EFSL. Les analyses effectuées dans le secteur du méandre de Portneuf et de Pointe-Platon du Saint-Laurent ont permis d'identifier des liens entre la trajectoire de ces systèmes avec le régime de perturbations naturelles et anthropiques ainsi qu'avec l'évolution temporelle de leur résilience. Au Québec, l'évolution morphologique des environnements côtiers est étudiée depuis longtemps dans l'estuaire maritime et le golfe du Saint-Laurent. Toutefois, l'estuaire fluvial est demeuré en majeure partie non étudié. Ainsi, le manque de connaissances de ces systèmes et la complexité des processus qui s'y opèrent ont mené à l'implantation de structures sur le littoral et le long de la côte aménagée, et ce, sans considérer les conditions hydrodynamiques, géomorphologiques et sociétales propres à chacun des sites. C'est le cas du littoral de Portneuf sur la rive nord et de celui de Pointe-Platon, situé près du village de Sainte-Croix, sur la rive sud du Saint-Laurent, où ont été aménagés au 20e siècle des quais empiétant dans le fleuve sur un 1 km et 100 m, respectivement. Cette étude ce base sur une approche par seuillage des enregistrements hydrométéorologique (1961-2022), d'une analyse historique 2-D de l'évolution de la côte (1949-2022) et l'évolution récente 3-D de la côte (2021-2022). À l'aide de cette approche, cette étude montre que la dynamique géomorphologique des systèmes anthropisés de l'EFSL semble être davantage contrôlée par les activités humaines dans l'intervalle temporel récent. Les événements ponctuels de tempêtes n'exercent pas le même dégrée de contrôle que pour leur homologue de l'estuaire maritime et du golfe du Saint-Laurent. L'interaction entre le régime d'écoulement bimodal et les structures perpendiculaires à la côte ont participé à créer quatre sous-systèmes qui se distinguent par leur dynamique morphosédimentaire et leur résilience. De plus, cette étude illustre l'importance de la connectivité sédimentaire amont/aval dans une portion du Saint-Laurent relativement pauvre en sédiments pour le maintien de leur résilience. / Cold fluvio-estuarine environments, such as the St. Lawrence Fluvial Estuary (SLFE), have the singularity of being affected by a complex flow regime and the presence of a highly anthropized coastline. These characteristics complicate the study of morphosedimentary processes and the hydrogeomorphological trajectory of fluvio-estuarine environments in the SLFE. Analyses carried out in the Portneuf and Pointe-Platon meander sector of the SLFE have revealed links between the trajectory of these systems and the disturbance complex (natural and anthropogenic), as well as with the temporal evolution of the resilience of the systems. In Québec, the morphological evolution of coastal environments has long been studied in the Lower Estuary and Gulf of St. Lawrence, but the fluvial estuary remains largely unstudied. The lack of study and the complexity of processes and system responses have led to the construction of structures along the coastline and along the developed coast without considering the hydrodynamic, geomorphological and societal sitespecific conditions. This is the case for the Portneuf coastline on the north shore and the Pointe-Platon coastline near the village of Sainte-Croix on the south shore of the St. Lawrence River, where docks encroaching into the river for 1 km and 100 m, respectively, were built in the 20th century. This study is based on a thresholding approach of hourly hydrometeorological records (1961-2022), a 2-D historical analysis of coastline evolution (1949-2022) and recent 3-D shoreline evolution (2021-2022). Using this approach, this study shows that the geomorphological dynamism of these EFSL systems appears to be more controlled by human activities in the recent time interval. Single storm events do not exert the same degree of control as their counterparts in the Lower Estuary and Gulf of St. Lawrence. The interaction between the bimodal flow regime and the rigid structures perpendicular to the coast allowed forming four subsystems that differ in their morphosedimentary dynamics and resilience. In addition, this study illustrates the importance of upstream/downstream sediment connectivity in a relatively sediment-poor portion of the St. Lawrence River in maintaining their resilience.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Les inondations sont une préoccupation majeure avec un potentiel de risques importants pour la sécurité publique ainsi qu'un impact économique et social négatif. Pour développer un modèle hydrodynamique permettant de cartographier et d'évaluer les risques d'inondation, un modèle d'élévation est un élément essentiel. La grande disponibilité de données de télédétection multisources facilite la création d'un modèle numérique d'élévation topo-bathymétrique (TBDEM). Cependant, il peut être très difficile de créer un modèle d'élévation à haute résolution homogène adapté à la cartographie des inondations en raison des divergences entre les données topographiques et bathymétriques causées par des changements temporels, des systèmes de référence horizontaux et verticaux différents, et des différences significatives en termes de résolution, incertitude et zone de couverture. Cette étude présente une méthodologie qui élargit les études précédentes axées sur la cartographie côtière à basse résolution en résolvant les différences spatiales et temporelles des jeux de données multisources tout en maintenant l'intégrité de la morphologie des berges et de l'environnement proche du rivage. Ceci est réalisé en appliquant une nouvelle méthodologie de fusion qui est mieux adaptée aux sources de données en jeu. Une méthode de moindre coût est appliquée aux données topographiques alors qu'une méthode de feathering est appliquée aux données bathymétriques. Pour ce qui est de la zone intermédiaire à l'interface de la terre et de l'eau, des transects sont utilisés pour interpoler entre les données manquantes afin de garantir l'intégrité du littoral. Enfin, une méthode de krigeage empirique bayésien appliqué à l'ensemble des données permet de produire une surface sans discontinuité accompagnée d'une surface d'erreur pour analyser l'incertitude en chaque point du modèle. Des données LiDAR aéroporté ainsi que des données de bathymétrie multifaisceau de la section supérieure du fleuve Saint-Laurent au Québec, Canada ont été combinées en utilisant la méthodologie proposée. Le TBDEM produit dans cette étude constitue une meilleure représentation que les modèles précédents et minimise l'erreur dans les données. La capacité de ce TBDEM à être plus performant que les modèles précédents dans les simulations hydrodynamiques sera testée dans des études futures en utilisant des événements de crue enregistrés précédemment. / Flooding is a major concern with potential for significant risks to public safety as well as a negative economic and social impact. To develop a hydrodynamic model to map and assess flooding risks, a single elevation model is a critical component. The wide availability of multisource remotely sensed data facilitates the creation of a Topo-Bathymetric Digital Elevation Model (TBDEM). However, it can be very challenging to create a seamless high resolution elevation model suited for inundation mapping due to discrepancies between remotely sensed topographic and bathymetric data caused by temporal changes, differing horizontal and vertical reference systems, resolution, incertitude, and coverage area. This study presents a methodology that expands on previous studies focused on low resolution coastal mapping by resolving spatial and temporal differences from multisource data sets while maintaining the integrity of the channel morphology and the near shore environment. This is achieved by applying a novel fusion methodology that is best suited for the data source. A least cost method is applied to the topographic data sources and a feathering method for bathymetric data, while, as for the intermediate region, transects are used to interpolate between missing data to ensure the integrity of the shoreline. Finally Empirical Bayesian Kriging applied to the entire dataset helps produce a seamless surface accompanied with an error surface to analyze the incertitude at each point of the model. Airborne Lidar data as well as Multibeam bathymetry data from the upper section of the Saint-Lawrence River in Quebec, Canada were combined using the methodology proposed. The TBDEM produced in this study is a better representation than previous models and minimizes the error in the data points. This TBDEM's ability to perform better than previous models in hydrodynamic simulations will be tested in future studies using previously recorded flood events.

L'extraction et le traitement des combustibles fossiles off-shore s’intéressent aux problèmes liés aux écoulements multiphasiques inclinés. Dans ce projet, les effets de l'inclinaison du lit sur le comportement hydrodynamique des phases gaz et liquide écoulant à cocourant ascendant, ont été étudiés expérimentalement. La technique de la tomographie à capacitance électrique (ECT) a été mise en place pour observer les comportements locaux de la distribution axiale de la rétention en liquide. À l’aide de l’ECT, les coupes transversales de la saturation moyenne de liquide, les pertes de charge globale à travers le lit et la ségrégation gaz-liquide ont été mesurées ainsi que l'effet des conditions d'exploitation sur le profil axial de saturation de liquide. Les résultats indiquent que l'inclinaison du lit crée un court-circuit pour la phase gaz le long de la paroi supérieure où il peut s'écouler d'une manière séparée. Mots-clés: Hydrodynamique; colonne inclinée; saturation de liquide; tomographie à capacitance électrique (ECT).

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Cette maîtrise s’inscrit dans un projet multidisciplinaire de développement d’une hydrolienne à ailes oscillantes de seconde génération (HAO-2) au Laboratoire de Mécanique des Fluides Numérique (LMFN) de l’Université Laval. Cette hydrolienne complètement submergée est composée de quatre ailes assemblées sur une base par gravité. Ce mémoire comporte deux volets. Le premier porte sur la conception des circuits de couplage pilonnement-tangage et d’extraction d’énergie de la HAO. Les solutions proposées et une vision de la HAO-2 seront présentées en détail. Un banc d’essai expérimental est conçu pour reproduire le circuit de couplage et simuler le mouvement et les efforts sur une aile. Il permet de démontrer la faisabilité du système élaboré et de déterminer son efficacité. Différents actionneurs de tangage ainsi que différents joints d’étanchéité sont analysés. Seulement les composantes offrant les meilleures performances sont présentées dans ce mémoire. Pour le couplage, un rendement maximal de 80% est mesuré. La modélisation des circuits hydrauliques nécessaire au second volet du projet a été calibrée sur les données expérimentales, notamment le frottement dans les joints d’étanchéité. Le second volet vise à modéliser sur le plan économique un parc HAO à différentes échelles et selon différentes conditions d’opération. Le programme dimensionne l’hydrolienne en fonction des conditions d’opération, puis en estime son coût de fabrication et l’énergie produite annuellement. Il calcule aussi le coût d’installation des turbines, le coût du réseau électrique et de son installation et finalement les dépenses en opération et maintenance (O&M). Le modèle tient également compte de la valeur de l’argent dans le temps en utilisant la valeur présente équivalente. Deux critères de performance sont utilisés pour les comparaisons, le coût de production (CP) et le coût de l’énergie (CE). Par ces critères, plusieurs analyses de sensibilité sont réalisées sur les paramètres importants du modèle. Sans aucun doute, le coût de fabrication et les frais d’O&M dominent largement le coût de l’énergie d’une HAO. Un site d’exploitation en particulier est étudié, près de l’Isle-aux-Coudres, sur lequel un CE de 20 ¢/kWh est obtenu pour un parc de 80 HAO de 1.25MW chacune. / This master’s thesis is part of a multidisciplinary project to develop a second generation of tidal oscillating wings turbine (HAO-2) at Laboratoire de Mécanique des Fluides Numérique (LMFN) from Laval University. This tidal turbine completely submerged is composed of four wings assembled on gravity-based structure. This work has two parts. The first one focuses on the hydraulic circuit design of the pitch-heave coupling and the energy extraction system. Proposed solutions and a vision of the HAO-2 will be presented in detail. An experimental apparatus is designed to reproduce the coupling circuit and simulate the motion and forces on a wing. It allows to demonstrate the developed system feasibility and determine its efficiency. Various actuators and seals are analyzed. Only components with the best performances are presented in this paper. For the coupling system, a maximum efficiency of 80% is measured. Hydraulic modeling necessary for the second phase of the project has also been calibrated on experimental data, especially, friction in seals. The second part treats the economic modeling of a tidal turbine farm at different scales and in different operating conditions. The program designs the turbine depending on the operating conditions, and then, it estimates the construction cost and it calculates the annual energy extracted. It also calculates the installation cost, the electricity infrastructure and their installation cost and finally the operation and maintenance cost (O&M) throughout the farm life time. The model also takes into account the value of money over time by using the net present value. For the cases comparison, the production cost (CP) and the energy cost (CE) are used. Several sensitivity analyses are carried out on the important parameters of the model. As would be expected, the construction cost and the O&M cost are key factors governing the energy cost of HAO. A particular site is studied, near the Isle-aux-Coudres, which a energy cost about 20 ¢/kWh is obtained for a farm with 80 HAO of 1.25MW each.