Les changements climatiques amènent des transformations profondes de l’environnement arctique. La diminution de l’étendue de la couverture de glace permet un accès facilité aux ressources naturelles et aux communautés nordiques. Au Canada, la région arctique est caractérisée par une géographie archipélagique et un réseau de transport rudimentaire. Le transport maritime est le mode privilégié pour l’acheminement du fret aux communautés et aux sites industriels de l’Arctique. La littérature scientifique présente des lacunes importantes au sujet de la navigation commerciale dans l’Arctique canadien. Peu d’études portent sur le trafic de ravitaillement en raison de son volume peu élevé et de la faible diversité des types de produits transportés, bien qu’il s’agisse d’une activité grandement significative pour les populations et l’économie du Nord. Cette recherche vise à combler cette lacune en dressant un portrait du transport maritime et de la performance des opérations portuaires dans l’Arctique canadien. L’étude est structurée en quatre parties. Une analyse du trafic et des échanges maritimes est d’abord réalisée sous trois échelles : internationale, nationale et intra-arctique. Ensuite, l’étude de la flotte et des routes fait ressortir la distribution géographique des transporteurs. Puis, la performance des ports est mesurée grâce à des indicateurs et un système de cotation. Finalement, une évaluation des opérations maritimes arctiques est menée par l’entremise d’informations récoltées lors d’entrevues avec les membres de l’industrie maritime, de conférences et de travail de terrain. Les sujets abordés concernent l’évolution de la desserte, les défis posés par la navigation en milieu arctique et le développement des ports du Nord canadien. Les résultats de l’étude mènent à la conclusion que le transport maritime dans l’Arctique est caractérisé par une croissance positive du volume acheminé et une implication profonde des transporteurs dédiés à la desserte nordique, mais des infrastructures portuaires et maritimes sous-développées. / Climate change brings deep transformations in the Arctic environment. The reduction of the ice cover allows better access to northern communities and natural resources. In Canada, the Arctic region is characterized by an archipelagic geography and undeveloped transportation network. Marine transport is the favoured mode for supplying freight to local communities and industrial sites. The scientific literature shows important gaps on commercial navigation in the Canadian Arctic. Few studies have been conducted on marine traffic in the Arctic due to small tonnage and low product diversity, even though it is a significant activity for the northern people and the regional economy. This research aims to fill this gap by assessing maritime transportation and port operation efficiency in the Canadian Arctic. The structure of this study is four fold. First, a traffic and trade analysis is conducted under three scales: international, national and intra-arctic. Second, a fleet and routing assessment is done by means of carriers’ geographic distribution. Third, port performance is measured through specific indicators. Fourth, an evaluation is held on arctic marine operations through information collected during interviews with members of the maritime industry, workshops and field work. Problems addressed regard evolution of the sealift, challenges brought by Arctic navigation and development of northern Canadian ports. Results of this research lead to the conclusion that Arctic marine transportation displays positive traffic growth and serious involvement by carriers dedicated to Arctic sealift, but under-developed port and maritime infrastructures.

Dans ce travail, nous étudions les surfaces dont les composantes irréductibles sont des surfaces toriques. En particulier, nous donnons une formule pour calculer l'obstruction d'Euler locale de ces surfaces. Comme application de cette formule, nous calculons l'obstruction d'Euler locale pour certaines familles de surfaces déterminantales. De plus, nous définissons et donnons une formule pour calculer la caractéristique d'Euler évanescente d'une surface torique normale $X_{sigma}$. Nous montrons que ce nombre est relié à la seconde multiplicité polaire de $X_{sigma}$. Nous présentons aussi une formule pour l'obstruction d'Euler d'une fonction $f: X_{sigma} to mathbb{C}$ et pour le nombre de Brasselet d'une telle fonction. Comme application de ce résultat nous calculons l'obstruction d'Euler d'un type de polynôme sur une famille de surfaces déterminantales. / In this work we study surfaces with the property that their irreducible components are toric surfaces. In particular, we present a formula to compute the local Euler obstruction of such surfaces. As an application of this formula we compute the local Euler obstruction for some families of determinantal surfaces. Furthermore, we define the vanishing Euler characteristic of a normal toric surface $X_{sigma}$, we give a formula to compute it, and we relate this number with the second polar multiplicity of $X_{sigma}$. We also present a formula for the Euler obstruction of a function $f: X_{sigma} to mathbb{C}$ and for the Brasselet number of it. As an application of this result we compute the Euler obstruction of a type of polynomial on a family of determinantal surfaces.

Nous nous intéressons dans cette thèse à l’optimisation conjointe de forme et d’anisotropie pour les structures surfaciques. Nous nous focalisons dans un premier temps sur l’analyse de ces structures minces modélisées par des coques. Le modèle utilisé pour décrire le comportement mécanique est celui de Naghdi communément utilisé pour les coques modérément épaisses et qui permet de prendre en compte l’effet transverse de déformation. La discrétisation par méthode éléments finis est réalisée avec des éléments Lagrange standards de classe C0. Nous considerons la simulation d’assemblage de coques en utilisant la méthode des éléments finis avec joint (mortier). Cette méthode est flexible, elle est adaptée à l’utilisation de maillages localement raffinés et/ou non-conformes, c'est-à-dire non coïncidents. La deuxième partie se consacre à la définition d’un paramétrage pour la conception optimale de champ d’anisotropie. Notre approche se base sur l’utilisation conjointe du formalisme polaire pour représenter le tenseur d’élasticité et le principe isogéométrique permettant de paramétrer les champs d’anisotropie par des fonctions de type B-splines. La dernière partie est dédiée à l’optimisation conjointe de forme et de propriétés matériaux. Le nombre de paramètres d’optimisation dans l’approche proposée est maîtrisée puisque les paramètres d’optimisation sontles coordonnées des points de contrôle. Nous considérons principalement pour l’optimisation un critère detype compliance. / This thesis tackles the problem of the shape and anisotropy optimization of shell structures. The first part of this work focuses on the analysis of the shell model. The mechanical behavior of the structure is described using the Naghdi’s shell model which allows to take into account the transverse shear deformation. This model is typically used for shallow shells. We use a standard Lagrange C0 finite elements discretization and we numerically simulate the shell assemblings by means of the mortar technique. This approach enables the application of local refinements and the use of nonconforming mesh discretizations. The second part of this thesis aims at defining an effective parameterization for the optimal design of the shell’s distributed elastic properties. The method adopted is based on the joint use of a polar formalism to represent the elastic tensor and an isogeometric technique for the parameterization of the elastic tensor fields by CAD-based functions such as B-splines. The number of design variables thus only depends on the control points coordinates making the approach numerically manageable. The last part is devoted to the joint optimization of both the material properties and shape of the shell using the structure compliance as objective function.

Dans le contexte actuel du réchauffement climatique, l'une des principales sources d'incertitude pour l'élévation du niveau de la mer est la contribution de la calotte Antarctique. L'étendue et les conditions météorologiques extrêmes de ce continent font de la télédétection spatiale un moyen utile pour son suivi sur le long terme. Les observations satellites altimétriques et radiométriques dans la gamme des micro-ondes rendent compte de l'évolution des propriétés du manteau neigeux de la calotte. L'altimétrie radar, par des mesures répétées de l'élévation de la topographie de surface, permet de quantifier les variations de volume sur l'ensemble du continent. Cependant, la pénétration de l'onde radar dans la neige affecte négativement cette quantification. Les méthodes proposées pour minimiser les erreurs de pénétration sont toutes basées sur des relations avec le coefficient de rétrodiffusion radar. La compréhension des variations annuelles et inter-annuelles du coefficient de rétrodiffusion est nécessaire pour améliorer la précision de l'estimation de l'élévation de la surface donc du bilan de volume de la calotte. Cette thèse a pour objectif d'étudier le coefficient de rétrodiffusion mesuré par les altimètres sur l'ensemble du continent, sujet qui jusqu'à aujourd'hui a reçu peu d'attention. Les altimètres radars embarqués à bord d'ENVISAT (bandes S et Ku) et de SARAL/AltiKa (bande Ka) ont des sensibilités différentes aux propriétés de la neige. Nous nous sommes intéressés aux caractéristiques annuelles et inter-annuelles des coefficients de rétrodiffusion dans ces trois bandes. Une étude de sensibilité a été réalisée avec un modèle électromagnétique afin de déterminer les propriétés du manteau neigeux qui dominent le signal saisonnier. On montre que le signal saisonnier est sensible à la densité et la rugosité de surface dans la bande S, à la température de la neige dans la bande Ka et à l'une ou à l'autre de ces variables selon la région dans la bande Ku. Les caractéristiques saisonnières du coefficient de rétrodiffusion sont ensuite comparées à celles des températures de brillance acquises par les radiomètres à bord de SARAL et de SSM/I. Les résultats indiquent une influence significative de la rugosité de surface sur les températures de brillance de la bande Ka, influence souvent considérée négligeable dans la modélisation de la température de brillance. Cette étude apporte une meilleure connaissance de la dynamique saisonnière des propriétés de proche surface de la calotte Antarctique. Elle fournit de nouveaux indices pour développer dans le futur des algorithmes robustes de correction de l'erreur de pénétration. Elle met également en lumière l'importance des missions altimétriques multi-fréquences et les possibilités qu'offrent le signal de la bande S pour l'étude des variabilités saisonnières de la rugosité de surface. En définitive, la rugosité de surface est un paramètre important à prendre en compte pour obtenir de meilleures estimations et modélisations des coefficients de rétrodiffusion et des températures de brillance. / In the context of global climate changes, the Antarctic ice sheet contribution to sea-level rise is one of the main uncertainty sources. The extent and extreme meteorological conditions of this continent render remote sensing a useful tool for long term monitoring. Altimetry and radiometry observations in the microwave range reveal variations of the volume of the ice sheet and surface properties of the snowpack. Radar altimeters, provide repeated observations of the surface topography elevation, which allow the quantification of volume variations of the ice sheet. However, the penetration of radar waves in dry and cold snowpack adversely affects the estimated surface elevation. Approaches to minimize the penetration error are all based on a relationship with the backscattering coefficient. Understanding the annual and interannual variations of the backscattering coefficient is thus a key issue in order to improve the estimation accuracy of the surface elevation and to refine the ice-sheet volume trend. This thesis aims at studying the backscattering coefficients acquired by radar altimeters, which until now have received little attention. Radar altimeters on board ENVISAT (S and Ku bands) and SARAL/AltiKa (Ka band) have different sensitivities to the snowpack properties. The annual and interannual variations of the backscattering coefficient at the three bands is investigated. Sensitivity tests are carried out with an electromagnetic model to determine the prevailing snowpack properties that drive the signal. The seasonal signal is sensitive to surface density and roughness at S band, to snow temperature at Ka band and to either snow surface density and roughness or temperature depending on the location on the continent at Ku band. The seasonal signal of the backscattering coefficient is then compared with that of the brightness temperature measured by radiometers on SARAL and SSM/I. The results show a significant influence of surface roughness on brightness temperatures at Ka band, which has often been neglected in brightness temperature modeling studies. This thesis provides a better understanding of the seasonal dynamics of the near surface properties of the Antarctic ice sheet. It also provides new clues to build a more robust corrections of the penetration errors in the future. It highlights the importance of multi-frequency altimetry missions and the potential of the S band to study the seasonal variability in surface roughness. In summary, surface roughness is an important property which should be taken into account for a better modeling of backscattering coefficient and brightness temperature.

Ce travail de thèse a porté sur l'étude de la croissance et des propriétés structurales et optiques des hétérostructures non-polaires de GaN/AlN plan m, déposées sur 6H-SiC plan m par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma d'azote.<br /><br />Nous avons tout d'abord étudié les couches épaisses d'AlN et de GaN. Les conditions de croissance de ces couches sont optimales en conditions riche métal. Toutes deux présentent des morphologies de surface anisotropes mais différentes l'une de l'autre avec une morphologie de type « tôle ondulée » pour l'AlN et « toît de tuiles » pour le GaN.<br />Nous nous sommes ensuite intéressés à la croissance d'hétérostructures de GaN/AlN. Nous avons démontré que la croissance de GaN en conditions riche N aboutit à la formation de puits quantiques de GaN tandis que la croissance en conditions riche Ga permet de former des fils ou des boîtes quantiques par le mode de croissance Stranski-Krastanow. Nous avons démontré que cette différence de morphologie pour les nanoobjets de GaN était liée à l'état de relaxation de la couche tampon d'AlN. Des études optiques ont mis en évidence une forte réduction du champ électrique interne dans les hétérostructures de GaN/AlN plan m.<br />Pour finir, nous avons étudié l'évolution de la morphologie des fils et des boîtes en fonction de la quantité de GaN déposée. Nous avons démontré l'existence d'une transition de forme ''boîtes-fils'' lorsque l'aire des boîtes excède une taille critique. Cette aire peut être contrôlée par la quantité de matière déposée mais également par la réalisation de superréseaux.

L'observation de l'orientation des grains des carottes forées en Antarctique et au Groenland montre que la glace polaire acquiert une fabrique représentative de l'histoire des déformations qu'elle a subies. Le comportement viscoplastique du cristal de glace étant fortement anisotrope, il en résulte une anisotropie macroscopique du polycristal qui dépend des orientations préférentielles des grains qui le composent. A l'échelle du polycristal, le comportement viscoplastique est obtenu par homogénéisation sur tous les cristaux, en supposant leur comportement linéaire orthotrope de révolution et une répartition homogène des contraintes dans tout le polycristal (modéle statique). La fabrique du polycristal est décrite par une fonction continue de distribution des orientations (ODF). Avec ces hypothèses, nous avons obtenu des résultats analytiques pour le comportement orthotrope d'un polycristal et l'évolution de sa fabrique, qui permettent de représenter la fabrique par une ODF ne dépendant que de trois paramètres. A l'échelle de la calotte polaire, les champs de vitesses et fabriques de l'écoulement stationnaire sont calculés par une méthode couplée, qui alterne : - le calcul des vitesses, pour un champ de fabriques donné, par la méthode des éléments finis, - le calcul de la fabrique, pour un champ de vitesses donné, par une méthode qui utilise les lignes de courant de l'écoulement, jusqu'à ce que la convergence soit atteinte, à la fois sur les vitesses et la fabrique. Nous étudions l'influence du champ de températures et du comportement du grain sur la formation des fabriques au sein des calottes polaires. Le modèle est appliqué à la ligne d'écoulement GRIP-GISP2 (Groenland Central) et les résultats sont comparès aux mesures de terrain.

Les changements climatiques amènent des transformations profondes de l’environnement arctique. La diminution de l’étendue de la couverture de glace permet un accès facilité aux ressources naturelles et aux communautés nordiques. Au Canada, la région arctique est caractérisée par une géographie archipélagique et un réseau de transport rudimentaire. Le transport maritime est le mode privilégié pour l’acheminement du fret aux communautés et aux sites industriels de l’Arctique. La littérature scientifique présente des lacunes importantes au sujet de la navigation commerciale dans l’Arctique canadien. Peu d’études portent sur le trafic de ravitaillement en raison de son volume peu élevé et de la faible diversité des types de produits transportés, bien qu’il s’agisse d’une activité grandement significative pour les populations et l’économie du Nord. Cette recherche vise à combler cette lacune en dressant un portrait du transport maritime et de la performance des opérations portuaires dans l’Arctique canadien. L’étude est structurée en quatre parties. Une analyse du trafic et des échanges maritimes est d’abord réalisée sous trois échelles : internationale, nationale et intra-arctique. Ensuite, l’étude de la flotte et des routes fait ressortir la distribution géographique des transporteurs. Puis, la performance des ports est mesurée grâce à des indicateurs et un système de cotation. Finalement, une évaluation des opérations maritimes arctiques est menée par l’entremise d’informations récoltées lors d’entrevues avec les membres de l’industrie maritime, de conférences et de travail de terrain. Les sujets abordés concernent l’évolution de la desserte, les défis posés par la navigation en milieu arctique et le développement des ports du Nord canadien. Les résultats de l’étude mènent à la conclusion que le transport maritime dans l’Arctique est caractérisé par une croissance positive du volume acheminé et une implication profonde des transporteurs dédiés à la desserte nordique, mais des infrastructures portuaires et maritimes sous-développées. / Climate change brings deep transformations in the Arctic environment. The reduction of the ice cover allows better access to northern communities and natural resources. In Canada, the Arctic region is characterized by an archipelagic geography and undeveloped transportation network. Marine transport is the favoured mode for supplying freight to local communities and industrial sites. The scientific literature shows important gaps on commercial navigation in the Canadian Arctic. Few studies have been conducted on marine traffic in the Arctic due to small tonnage and low product diversity, even though it is a significant activity for the northern people and the regional economy. This research aims to fill this gap by assessing maritime transportation and port operation efficiency in the Canadian Arctic. The structure of this study is four fold. First, a traffic and trade analysis is conducted under three scales: international, national and intra-arctic. Second, a fleet and routing assessment is done by means of carriers’ geographic distribution. Third, port performance is measured through specific indicators. Fourth, an evaluation is held on arctic marine operations through information collected during interviews with members of the maritime industry, workshops and field work. Problems addressed regard evolution of the sealift, challenges brought by Arctic navigation and development of northern Canadian ports. Results of this research lead to the conclusion that Arctic marine transportation displays positive traffic growth and serious involvement by carriers dedicated to Arctic sealift, but under-developed port and maritime infrastructures.

Le Bilan de Masse de Surface (BMS, c'est-à-dire les précipitations de neige auxquelles est retranchée l'ablation par sublimation, ruissellement ou érosion) de la calotte polaire Antarctique représente une contribution majeure et encore mal connue à l'évolution actuelle du niveau des mers. Le stockage d'eau douce par accumulation de neige sur la calotte posée est supposé s'intensifier au cours du 21eme siècle, modérant l'élévation du niveau des mers et modifiant la dynamique glaciaire. Les trois-quarts du bilan de masse de surface Antarctique sont concentrés au dessous de 2000 m d'altitude alors que cette zone ne représente que 40% de la surface de la calotte posée. Les précipitations orographiques sont une contribution majeure à l'accumulation dans cette région, il est donc crucial d'estimer précisément ce terme. La modélisation de ce processus est fortement dépendant de la résolution des modèles, car les pentes de la calotte influencent l'intensité des précipitations orographiques. La sublimation et la fonte de la neige sont eux aussi fortement dépendant de l'élévation. Bien qu'ils contribuent actuellement peu au bilan de masse de surface de l'Antarctique, ils sont susceptibles de subir des changements importants au cours des prochains siècles. Les modèles atmosphériques de climat, globaux ou régionaux, ne peuvent pas atteindre une résolution allant au delà de 40 km sur l'Antarctique pour des simulations à l'échelle du siècle du fait de coûts de calcul importants. A ces résolutions, la topographie des zones côtières Antarctique n'est pas correctement représentée. C'est pourquoi nous avons développé le modèle de régionalisation SMHiL (Surface Mass balance High-resolution downscaLing) qui permet d'estimer les composantes du bilan de masse de surface Antarctique à haute résolution (~15 km) à partir de champs atmosphériques de plus grande échelle. Nous calculons l'effet de la topographie fine sur les précipitations orographiques et sur les processus de couche limite menant à la sublimation, la fonte et le regel. SMHiL est validé pour la période actuelle à partir d'un jeu de données inédit constitué de plus de 2700 observations de qualité contrôlée. Cependant, les observations représentatives du BMS de la zone côtière Antarctique y sont sous-représentées. Dans ce contexte, nous montrons que la ligne de balise mise en place par l'observatoire GLACIOCLIM-SAMBA en bordure de calotte constitue une référence pour estimer les performances des modèles. Enfin, nous utilisons SMHiL à l'aval du modèle de circulation générale LMDZ4 pour évaluer les variations de BMS au cours du 21eme et du 22eme siècles. Le BMS à haute résolution est significativement différent de celui de LMDZ4 et est plus proche du BMS observé pour la période actuelle. Les résultats suggèrent que les précédentes estimations d'augmentation du BMS au cours du prochain siècle étaient sous-estimées de près de 30% par LMDZ4. Les changements de BMS à faible élévation résulteront d'une compétition entre l'augmentation d'accumulation de neige et de ruissellement. SMHiL est un outil destiné à être appliqué à l'aval d'autres modèles de climat, globaux ou régionaux, pour une meilleure estimation des variations futures du niveau des mers.

Thesis (Ph. D.)--University of Lapland, 2004. / Includes bibliographical references (p. 465-480).

L'intensification de l'effet de serre due à l'augmentation des concentrations de CO 2 dans l'atmosphère pourrait être plus élevée si ce n'est du rôle important de l'océan en tant que puits pour le CO 2 atmosphérique. Malheureusement, une conséquence de la capacité de l'océan à tamponner le CO 2 est l'acidification des eaux de surface des océans. L'océan Austral est particulièrement vulnérable à ces conséquences en raison de ses basses températures et de sa productivité primaire saisonnière élevée. La présente thèse de doctorat a comme objectif d’analyser le système des carbonates, en particulier l'état de l’acidification des océans, dans le détroit de Gerlache et dans la zone polaire de la région de la Terre Adélie. Ces deux régions présentent des hydrodynamiques différents et, par conséquent, devraient présenter des différences dans la variabilité de leur système carbonaté. À partir des données du programme brésilien NAUTILUS et du programme français MINERVE, la dynamique du système des carbonates a été évaluée dans ces régions de 2015 à 2017. Les résultats sont présentés sous la forme d'articles scientifiques qui ont été assemblés pour structurer cette thèse. Le détroit de Gerlache présentait les plus grandes variations spatiales des propriétés du système des carbonates avec des conditions potentiellement acides durant l'été austral. En comparaison, la zone polaire de Terre Adélie présente des variations interannuelles et spatiales plus importantes associées aux zones frontales. En raison de ses conditions géographiques et hydrodynamiques, le détroit de Gerlache est actuellement plus vulnérable à l'acidification des océans que la région de la Terre Adélie. / The intensification of the greenhouse effect due to increasing atmospheric CO 2 concentrations could be higher if not for the ocean’s important role as a sink for atmospheric CO 2 . A consequence of the ocean’s capacity for buffering CO 2 is the ocean acidification of sea surface waters. The Southern Ocean is particularly vulnerable to these consequences due to its low temperatures and high seasonal primary productivity. The present Ph.D. thesis focus on the analysis of the carbonate system, particularly the ocean acidification state, in the Gerlache Strait and the polar zone off the Adelie Land region. These two regions present different hydrodynamics and, consequently, are expected to present differences in their carbonate system variability. Using data sets from the Brazilian NAUTILUS programme and the French MINERVE programme, the carbonate system dynamic was assessed in these regions from 2015 to 2017. The results are presented as scientific articles, which were assembled to structure this thesis. The Gerlache Strait showed the largest spatial variations of carbonate system properties with potentially acidic conditions during austral summer. In comparison, the polar zone off Adelie Land larger inter-annual and spatial variations associated with frontal zones. Due to its geographical and hydrodynamic conditions, the Gerlache Strait is currently more vulnerable to ocean acidification than the off Adelie Landregion.