Le pétrole est une source de matière première importante pour la synthèse de milliers de composés organiques, mais il n’est pas renouvelable. L’industrie des revêtements est très dépendante des ressources fossiles. Par ailleurs, l’industrie forestière connaît une crise depuis plusieurs années. Donc, substituer les produits issus des ressources fossiles par des produits du bois à valeur ajoutée pourrait pallier à ces problèmes environnementaux et économiques. En effet, l’objectif de notre recherche est de développer et améliorer un polymère qui serait issu de la biomasse, en particulier pour l’industrie des revêtements. Il vise également à mettre en valeur les produits du bois par l’utilisation des composés peu exploités qui se retrouvent dans les résidus comme l’écorce. La bétuline est un extractible principalement isolé de l’écorce du bouleau blanc. Elle possède une structure moléculaire rigide et trois fonctions réactives qui peuvent être modifiées à des fins d’utilisation dans la synthèse de polymère. L’huile de soya est une huile végétale qui est de plus en plus utilisée pour développer de nouveaux revêtements à cause de ses nombreuses insaturations qui peuvent subir des modifications et ses propriétés particulières comme sa siccativité moyenne et sa faible viscosité. Cependant, les huiles végétales sont souvent moins performantes que leurs homologues synthétiques issus des ressources fossiles. Pour améliorer leurs propriétés, elles sont souvent modifiées dans leur structure, par exemple en leur greffant des fonctions acrylates. De plus, il est possible d’améliorer certaines de leurs propriétés par l’entremise de comonomères ou d’agents de renfort. La cellulose nanocristalline (CNC) est un matériau provenant également de la biomasse et qui a du potentiel pour l’amélioration de certaines propriétés d’un revêtement. Cependant, elle est difficilement compatible avec des matrices apolaires comme les acrylates. Il est possible de modifier la CNC afin de la rendre plus compatible avec les matrices acrylates. Donc, la première idée est de joindre l’huile de soya acrylée (AESO) avec un comonomère issu de la bétuline. Pour ce faire, la bétuline a été acrylée. Pour s’assurer de l’obtention du bon produit les spectroscopies FTIR et RMN ont été employées. Aussi, des analyses par GC-MS ont été effectuées, afin de vérifier si la bétuline est majoritairement mono ou diacrylée. Ensuite, pour vérifier son effet comme comonomère sur la polymérisation et pour analyser la stabilité thermique du polymère ; les méthodes d’analyse par photo-DSC et par TGA ont été utilisées respectivement. De plus, les propriétés optiques ont été mesurées, soit la transparence et la couleur, afin d’examiner l’impact d’un tel ajout sur l’apparence du film de polymère. Enfin, pour évaluer les performances de ce nouveau polymère comme revêtement potentiel, différentes analyses ont été effectuées pour vérifier la dureté du film, sa résistance à l’abrasion et sa résistance à la traction. Dans un second plan, la CNC a été utilisée sous deux formes modifiées (par HDTMA et par un acrylate) comme agent de renfort avec la matrice d’AESO. De cette façon, certaines propriétés ont été modifiées. Pour vérifier l’effet des CNC modifiées dans le nouveau nanocomposite, plusieurs tests et analyses ont été effectués. Par exemple, pour étudier le changement des propriétés mécaniques, des mesures de traction et de nanoindentation ont été effectuées. Enfin, pour évaluer les performances de ce nouveau composite comme revêtement potentiel, différentes analyses ont été effectuées pour vérifier la dureté du film, sa température de transition vitreuse (Tg), sa stabilité thermique, son taux de polymérisation, sa rugosité et sa transparence. / Crude oil and its derivatives are used to synthesize thousands of organic compounds, but they are non-renewable and harmful to the environment. The coating industry is dependent on fossil fuels. Besides, the forest industry has faced a crisis during the past several years. Then, the substitution of fossil fuels by value added wood products could solve these environmental and economic issues. In fact, the main objective of this study is to develop and improve a polymer from biomass, more specifically for the coating industry. In addition, it aims to promote the use of underutilized materials in wood, like bark. Betulin is a triterpenoid extracted from white birch. Its interesting molecular structure can be modified for use within polymer synthesis. Soybean oil, a vegetable oil, is increasingly used to develop new coating because of its interesting properties. However, vegetable oils are less efficient than the ones from fossil fuels. To enhance theirs properties, vegetable oils are often modified, for example by grafting acrylate functionalities. Moreover, the use of a comonomer or a reinforcing agent can enhance some of the vegetable oil properties. Cellulose nanocrystals (CNC) is a material from biomass which has potential to improve coating properties. However, CNC has low compatibility with non-polar polymer matrices, like acrylates, but can be modified to improve its compatibility. First, the idea is to combine acrylated epoxidized soybean oil (AESO) with a comonomer from betulin. To obtain a compatible comonomer with the AESO matrix, betulin has been acrylated. FTIR and NMR spectroscopy analyses have been used to characterize and confirm the modification of betulin. Also, GC-MS analysis has been done to verify if betulin was mainly mono or diacrylated. Then, to verify the effects of the comonomer on the curing behavior and thermal stability of AESO matrix, photo-DSC and TGA analyses have been used respectively. Moreover, optical properties (transparency and color measurements) have been measured to verify the impact of the comonomer on the appearance of the coating film. Finally, to evaluate the performance of the new polymer to be used as a coating, various tests have been performed, like abrasion resistance, hardness and tensile tests. Secondly, two different modified CNC (HDTMA-CNC and acrylated CNC) have been used as reinforcing agent with AESO matrix. To verify the impact of the CNC on the mechanical properties of the new nanocomposites, tensile test and nanoindentation technique have been used. Lastly, to evaluate the performance of the new composites, various tests and analyses have been performed, like hardness test; thermal stability; curing behavior; surface roughness; transparency and glass transition measurements.

L'originalité de cette méthode de séchage consiste à contrôler l'énergie fournie au bois par le générateur HF en contrôlant un paramètre facilement mesurable, la surpression. Une enceinte étanche a été construite à partir d'un baril auquel un serpentin de cuivre a été soudé. La plaque froide a été incorporée au couvercle de l'enceinte sur laquelle deux ouvertures ont été pratiquées, une pour recueillir le condensât et l'autre pour mesurer la surpression. Une rondelle de plexiglas qui a remplacé une partie du fond de l'enceinte, a permis l'accès des bandes conductrices à l'intérieur de celle-ci. Le matériel d'essai a consisté en un lot de 18 groupes de 12 éprouvettes chacun, soit 9 groupes d'épinette et 9 groupes d'érable. Les dimensions des éprouvettes, qui ont été mesurées précisément au pied à coulisse pour évaluer leur retrait, étaient d'environ 30 mm x 48 mm x 38 cm. Le bout des éprouvettes a été enduit d'une peinture pour contrecarrer la diffusion longitudinale. La teneur en humidité moyenne(H) et l'écart-type a été respectivement de 50,3% et 17,0% pour l'épinette et 47,7% et 2,7% pour l'érable. Le générateur HF utilisé pour les présents essais a été le modèle 12/13 fabriqué par Pye Thermal Bonders Ltd. Il offre une puissance de 12kW à la fréquence nominale de 13,56MHz. Pour le rendre fonctionnel, nous avons dû l'équiper d'une bobine placée en parallèle avec le condensateur variable. Les résultats des expériences, qui sont présentés aux figures 16 à 21, montrent dans tous les cas une augmentation du débit avec le temps. Une partie de cet accroissement du débit est attribuable à l'augmentation de la température dans le bois au cours d'un cycle de séchage, ce qui influence à la hausse le coefficient de diffusion. L'emploi d'une plaque froide asymétrique engendre des courants de convection importants; ceux-ci expliquent l'autre partie de l'augmentation du débit. Les courbes de taux de séchage sont linéaires mime lorsque la teneur en humidité est inférieure au point de saturation des membranes. La qualité du bois a été, en général, excellente. Les défauts de séchage, tels les fentes internes, peuvent être évités en utilisant une température de plaque froide suffisamment élevée. La dispersion des valeurs de la teneur en humidité finale à l'intérieur de la charge est davantage fonction de l'anisotropie diélectrique du bois que de l'écart-type de l'humidité initiale. Tout en utilisant le chauffage par champ traversant, il serait possible de rendre le séchage plus homogène en installant un deuxième système d'électrodes et en appliquant alternativement la haute fréquence à chacun d'eux. La principale conclusion de ce travail est que la surpression dans le séchoir est un paramètre qui est étroitement correlé à la pression et à la température à l'intérieur du bois.

Le comportement mécanique du bois dépend fortement de la température, de la teneur en humidité, de la géométrie de la pièce, ainsi que de l’historique de sorption. Il est alors indispensable de caractériser le comportement du bois sous l’action mixte de la température, de l’humidité relative et d’une charge mécanique pour en prédire le comportement durant l’utilisation et pour mieux maîtriser les procédés de transformation et également obtenir un matériau pouvant répondre à des besoins bien spécifiques. L’objectif de cette étude a été de déterminer le comportement viscoélastique et mécanosorptif du bois d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), en utilisant des essais de fluage-recouvrance sous conditions d’humidité relative constantes et variables. Les essais de fluage-recouvrance ont été réalisés sur des échantillons de bois d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), de 110 mm de longueur (R), 25 mm de largeur (T) et 7 mm d’épaisseur (L). Des essais ont été réalisés dans un environnement contrôlé à 30°C ± 0,5°C de température et à 37%, 67% et 83% ± 2% d’humidité relative pour les essais en conditions constantes et entre 37% et 83% d’humidité relative pour les essais en conditions variables. Les essais ont été réalisés sous différents niveaux de charge appliquée. Ils ont permis de mesurer simultanément la déformation superficielle en utilisant des jauges électriques et la flèche maximale en utilisant des capteurs de déplacement. Les résultats ont montré l’impact des niveaux de charge et de la teneur en humidité d’équilibre sur le fluage du bois. Les résultats ont aussi confirmé le comportement linéaire viscoélastique du fluage du bois et la présence de l’effet mécanosorptif pendant les changements d’humidité relative. Les résultats obtenus peuvent aider à mieux comprendre le comportement des planchers de bois d’érable à sucre pendant leur utilisation.

L’objectif principal de cette recherche consistait à étudier l’influence de nanoparticules d’alumine et de silice sur les propriétés de revêtements nanocomposites UV-aqueux de type vernis pour les produits du bois. Les propriétés mécaniques (résistance à l’abrasion, dureté, résistance aux égratignures, résistance à l’impact et adhésion), optiques (brillance et couleur) et thermiques (stabilité thermique et température de transition vitreuse) ont été analysées et comparées à celles du vernis de référence ne contenant pas de nanoparticules. L’ajout de nanoparticules d’alumine et de silice a permis d’améliorer non seulement la résistance aux égratignures mais également l’adhésion des vernis nanocomposites. Cependant, la présence d’agrégats de nanoparticules, comme l’a démontré l’imagerie par microscopie électronique en transmission (MET), a entraîné une diminution des propriétés de résistance à l’abrasion, de dureté et de résistance à l’impact. Comme on pouvait s’y attendre, la présence des agrégats de nanoparticules, qui augmentent la rugosité de surface des vernis nanocomposites, a réduit la brillance des vernis bien que les propriétés de couleur n’aient pas changées en termes de clarté et de jaunissement. L’étude de la méthode de dispersions aux ultrasons a permis de mettre en évidence l’efficacité de cette technique de dispersion. En effet, la dispersion des nanoparticules d’alumine et de silice dans la matrice polyuréthanne-acrylate (PUA) au moyen des ultrasons a permis de réduire non seulement la taille des agrégats mais également leur quantité. De plus, l’amélioration de la dispersion des nanoparticules a permis d’améliorer les propriétés de dureté et de résistance à l’impact des vernis nanocomposites comparativement aux vernis à base de nanoparticules dispersées au mélangeur à haute vitesse. Les ultrasons ne présentent pas que des avantages puisque l’analyse des propriétés thermiques a démontré que cette méthode de dispersion pouvait altérer la résine PUA. L’étude de la cinétique de cuisson au moyen de la photocalorimétrie différentielle à balayage (photo-DSC) a permis de mettre en évidence deux avantages remarquables des revêtements UV-aqueux : la cuisson UV est très rapide, en 18s la réaction est complète et contrairement aux revêtements UV 100% solides, la photopolymérisation est insensible à la présence d’oxygène dans l’air malgré la formation de radicaux libres au cours de la réaction. L’analyse des courbes exothermes, obtenues par photo-DSC, a démontré que la présence des nanoparticules diminuait l’efficacité de la photopolymérisation des vernis nanocomposites. Enfin, il a été démontré que le profil cinétique des vernis nanocomposites UV-aqueux étudiés pouvait être décrit à l’aide d’un modèle autocatalytique. L’étude du comportement des nanoparticules de silice a permis de souligner l’importance de la modification de surface. En effet, le greffage de groupements méthacryloxypropyltriméthoxysilane (MEMO) à la surface des nanoparticules de silice a permis non seulement de réduire la taille et la quantité des agrégats de nanosilice mais également d’augmenter le nombre de fonctions acrylates réactifs pouvant participer à la réaction de polymérisation radicalaire. En conséquence, la dispersion des nanoparticules de silice était meilleure que celle des nanoparticules d’alumine et les vernis à base de nanosilice présentaient globalement de meilleures propriétés que les vernis à base de nanoalumine. / This research aimed to study the effect of alumina and silica nanoparticles on the properties of varnishes type UV-waterborne nanocomposite coatings for wood products. Mechanical (abrasion resistance, hardness, scratch resistance, impact resistance and adhesion), optical (gloss and color) and thermal (thermal stability and glass transition temperature) properties were analyzed and compared to those of the neat varnish containing no nanoparticles. Not only was the scratch resistance improved following the addition of nanoparticles but also the adhesion of nanocomposite varnishes. However, the presence of nanoparticle aggregates as suggested by transmission electron microscopy (TEM) led to a decrease of the abrasion resistance, the hardness and the impact resistance. As expected, the gloss of varnishes was reduced because of the presence of aggregates which increase the surface roughness of nanocomposite varnishes, although color properties remained unchanged in terms of lighting and yellowing. Ultrasonication was shown to be an efficient dispersion method. Not only did the size of aggregates decrease following the dispersion of nanoalumina and nanosilica in polyurethane-acrylate (PUA) by means of ultrasounds but also their number. Moreover, the improvement of nanoparticle dispersion led to improve the hardness and the impact resistance of nanocomposite varnishes in comparison to varnishes based on nanoparticles dispersed with high speed mixer. Also, ultrasonication presents some disadvantage as thermal properties have demonstrated that ultrasounds could affect PUA resin. Curing kinetic study by means of photodifferential scanning calorimetry (photo-DSC) demonstrated two interesting advantages of UV-waterborne coatings: UV-curing is very fast as the reaction is achieved after 18s and contrary to high solid content UV-coatings, photopolymerization is insensitive to oxygen in spite of free-radical formation during the reaction. The decrease of exothermic curves, obtained from photo-DSC, revealed that the addition of nanoparticles reduced the photopolymerization efficiency of nanocomposite varnishes. Finally, it has been demonstrated that the kinetic profile of nanocomposite varnishes could be described using an autocatalytic model. The importance of surface modification was demonstrated with the study of nanosilica behavior. Not only did the amount and the size of nanosilica aggregates decrease following grafting methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO) groups on the surface of silica nanoparticles but also the number of reactive acrylates functions which can take part in the free-radical polymerization. As a result, the dispersion of silica nanoparticles was better than the one of alumina nanoparticles and nanocomposite varnishes containing nanosilica presented better properties in comparison to nanocomposite varnishes containing nanoalumina dispersed with high speed mixer.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Par souci environnemental, la Politique de protection des rives, du littoral et des plaines inondables fixe des contraintes aux propriétés riveraines québécoises. Ces contraintes sont applicables à l'intérieur de bandes de protection de largeur prédéterminée. La ligne des hautes eaux en constitue le point d'ancrage. Il s'agit d'une limite environnementale, indépendante des limites de propriété, possédant une double nature entre lesquelles il existe une corrélation. Une nature botanique basée sur les traces laissées par le passage récurrent des eaux. Une nature hydrologique-hydraulique basée sur les statistiques et la modélisation des écoulements. Pour les cours d'eau drainant de grands bassins versants, les mesures historiques de débits ou de hauteurs d'eau et les études hydrologiques-hydrauliques préexistantes fournissent une cote, directement applicable par les intervenants oeuvrant en aménagement du territoire qui ne sont ni expert en botanique, ni en hydrologie-hydraulique. Par contre, pour les petits cours d'eau non instrumentés, il n'existe aucune méthode à la fois simple, expéditive et réellement accessible pour remplir une telle tâche. En effet, lorsqu'elle est utilisée par un non-expert, la méthode botanique simplifiée proposée par le ministère du Développement durable de l'Environnement et des Parcs (MDDEP) mène à l'identification de plusieurs lignes correspondant chacune à un état significatif d'écoulement. L'incertitude sur la localisation des contraintes s'en trouve grandement affectée. Pour discriminer parmi ces lignes multiples, une relation hydrologique adaptée aux petits cours d'eau de la plaine du Saint-Laurent est établie. Cette dernière est combinée à des équations hydrauliques existantes et à des observations d'indicateurs botaniques, morphologiques et physiques au sein d'une toute nouvelle approche mixte s'appuyant sur la double nature de la limite recherchée. Afin d'évaluer les possibilités de celle-ci, elle est appliquée à neuf sites pour lesquels la cote d'élévation de la ligne des hautes eaux est préalablement connue. Les sciences géomatiques permettent d'y exploiter la complémentarité de la botanique et de l'hydrologie-hydraulique. Elles fournissent un cadre de comparaison unique : la mesure d'élévation. Elles permettent également de recueillir de façon cohérente, de stocker et d'exploiter des observations géoréféfencées de nature pourtant différentes. Au moyen de levés d'arpentage, les indicateurs-terrain et les paramètres liés à l'écoulement sont mesurés aux neuf sites. Les observations sont stockées à l'intérieur d'un fichier de coordonnées unique, puis exploitées à l'aide de logiciels DAO et COGO traditionnels afin d'examiner la corrélation existant entre les traces laissées par le cours d'eau et les modélisations hydrologiques-hydrauliques. En somme, l'addition de manipulations hydrologiques et hydrauliques permettent de réduire considérablement le nombre de lignes potentielles à considérer. D'autre part, l'étude valide ou infirme quelques relations proposées par le frère Marie-Victorin et le MDDEP quant à la position altimétrique de la limite environnementale par rapport à des indices physiques précis (par exemple les marques laissées par les glaces sur le tronc des arbres). L'utilisation de ces relations, de concert avec l'approche mixte, permet une réduction supplémentaire du domaine d'incertitude.

L’agroforesterie, au Burkina Faso, tient ses origines de pratiques agricoles traditionnelles, qui ont donné naissance au système de parc agroforestier. Ce parc est toutefois soumis à diverses pressions qui entraînent sa dégradation. La reconnaissance croissante de la contribution de l’agroforesterie à une agriculture durable a toutefois ouvert la voie à un redéploiement de cette pratique. La présente étude exploratoire avait pour objectif de déterminer les perceptions contrastées des paysans, d’une part, et des paysannes, d’autre part, sur l’agroforesterie, à Bissiga, dans la région du Plateau Central. La méthodologie utilisée reposait sur des enquêtes auprès des paysans et paysannes du groupement mixte de Bissiga (20 hommes, 30 femmes) afin de déterminer leur connaissance de l’agroforesterie, la représentation qu’ils se font de ses avantages et de ses inconvénients, ainsi que les motifs qui pourraient les inciter à adopter ou non l’agroforesterie, en distinguant les réponses des femmes et des hommes. L’analyse des résultats a permis de constater que les paysans et paysannes de ce groupement ont des connaissances de base sur l’agroforesterie et ses multiples avantages. Les femmes se sont montrées particulièrement sensibles à la fonction de production alimentaire des arbres, alors que plus d’hommes que de femmes semblent accorder de l’importance à leurs atouts environnementaux. Diverses contraintes pourraient toutefois affecter l’adoption éventuelle de techniques agroforestières. Celles-ci devraient être étudiées attentivement avant toute intervention agroforestière.--Mots clés : Agroforesterie, analyse comparative entre les sexes, Burkina Faso, contraintes, représentation.

Les semences forestières génétiquement améliorées pourraient ne plus être adaptées aux sites où elles sont destinées à cause des changements climatiques. La migration assistée figure parmi les stratégies d'adaptation proposées pour maintenir la productivité forestière et diminuer la vulnérabilité des écosystèmes. Les réponses morpho-physiologiques des plants d’épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) issus de huit vergers à graines ont été évaluées en pépinière et sur trois sites de plantation. La modélisation des courbes de croissance a montré que la hauteur des vergers méridionaux et de deuxième génération est significativement supérieure à celle des autres vergers. Un modèle à régression multiple a montré que la hauteur finale des plants était significativement corrélée aux conditions climatiques d’origine des vergers. Le verger et le site de plantation ont affecté significativement la croissance en hauteur des plants. Les résultats de la présente étude et ceux obtenus à long terme contribueront à raffiner les règles opérationnelles de transfert des semences propres à la migration assistée. / Due to climate change, genetically improved trees may no longer be adapted to the sites where they are intended to be planted. Assisted migration is a potential adaptation strategy for maintaining forest productivity and reducing vulnerability in the face of a changing climate. Morpho-physiological responses of white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) seedlings from eight seed orchards were evaluated in a nursery and at three planting sites. The modeling of growth curves showed that the height of both the southern orchards and second generation orchards was significantly higher than the other orchards. A multiple regression model showed that the final height of the plants was significantly correlated with climatic conditions of the orchards. The orchard and the planting site significantly affected height growth of seedlings. The results of this study and those obtained over the longer term should help to refine the operational rules of seed transfer for assisted migration.

Les systèmes d'information géographique (SIG) sont employés couramment pour la représentation, la gestion et l'analyse des données spatiales dans un grand nombre de disciplines, notamment les sciences de la terre, l'agriculture, la sylviculture, la météorologie, l'océanographie et plusieurs autres. Plus particulièrement, les géoscientifiques utilisent de plus en plus ces outils pour l'intégration et la gestion de données dans différents types d'applications environnementales, allant de la gestion des ressources en eau à l'étude du réchauffement climatique. Au delà de ces possibilités, les géoscientifiques doivent modéliser et simuler des champs spatiaux dynamiques et 3D et intégrer aisément les résultats de simulation à d'autres informations spatiales associées afin d'avoir une meilleure compréhension de l'environnement. Cependant, les SIG demeurent extrêmement limités pour la modélisation et la simulation des champs spatiaux qui sont habituellement tridimensionnels et dynamiques. Ces limitations sont principalement reliées aux structures de données spatiales actuelles des SIG qui sont bidimensionnelles et statiques et ne sont pas conçues pour aborder le 3D et les aspects dynamiques des champs spatiaux 3D. Par conséquent, l'objectif principal de ce travail de recherche est d'améliorer la capacité actuelle des SIG concernant la modélisation et la simulation des champs spatiaux dynamiques et 3D par le développement d'une structure de données spatiale 3D cinétique. Selon notre revue de littérature, la tetraèdrisation Delaunay dynamique 3D (DT) et sa structure duale, le diagramme Voronoi 3D (VD), ont un potentiel intéressant pour manipuler la nature tridimensionnelle et dynamique de ce genre de phénomène. Cependant, en raison de l'échantillonnage particulier des données utilisées dans les applications en géosciences, la tetraèdrisation Delaunay de telles données est souvent inadéquate pour l'intégration et la simulation numériques de champs dynamiques. Par exemple, dans une simulation hydrogéologique, les données sont réparties irrégulièrement i.e. verticalement denses et horizontalement clairsemées, ce qui peut résulter en une tessellation inadéquate dont les éléments seront soit très grands, soit très petits, soit très minces. La taille et la forme des éléments formant la tessellation ont un impact important sur l'exactitude des résultats de la simulation, ainsi que sur les coûts de calcul qui y sont reliés. Par conséquent, la première étape de notre travail de recherche est consacrée au développement d’une méthode de raffinement adaptative basée sur la structure de données Delaunay dynamique 3D et à la construction d’une tessellation 3D adaptative pour la représentation et la simulation de champs dynamiques. Cette tessellation s’ajuste à la complexité des champs, en considérant les discontinuités et les critères de forme et de taille. Afin de traiter le comportement dynamique des champs 3D dynamiques dans SIG, nous étendons dans la deuxième étape de cette recherche le VD 3D dynamique au VD 3D cinématique pour pouvoir mettre à jour en temps réel la tessellation 3D lors des procédés de simulation dynamique. Puis, nous montrons comment une telle structure de données spatiale peut soutenir les éléments en mouvement à l’intérieur de la tessellation ainsi que leurs interactions. La structure de données cinétique proposée dans cette recherche permet de gérer de manière élégante les changements de connectivité entre les éléments en mouvement dans la tessellation. En outre, les problèmes résultant de l'utilisation d’intervalles de temps fixes, tels que les dépassements et les collisions non détectées, sont abordés en fournissant des mécanismes très flexibles permettant de détecter et contrôler différents changements (événements) dans la tessellation Delaunay 3D. Enfin, nous étudions le potentiel de la structure de données spatiale cinétique 3D pour la simulation de champs dynamiques dans l'espace tridimensionnel. À cette fin, nous décrivons en détail les différentes étapes menant à l'adaptation de cette structure de données, de sa discrétisation pour des champs 3D continus à son intégration numérique basée sur une méthode événementielle. Nous démontrons également comment la tessellation se déplace et comment la topologie, la connectivité, et les paramètres physiques des cellules de la tessellation sont localement mis à jour suite à un événement topologique survenant dans la tessellation. Trois études de cas sont présentées dans la thèse pour la validation de la structure de données spatiale proposée, et de son potentiel pour la simulation de champs spatiaux 3D et dynamiques. Selon nos observations, pendant le procédé de simulation, la structure de données est préservée et l'information 3D spatiale est gérée adéquatement. En outre, les résultats calculés à partir des expérimentations sont très satisfaisants et sont comparables aux résultats obtenus à partir d'autres méthodes existantes, pour la simulation des mêmes champs dynamiques. En conclusion, certaines des limites de l'approche proposée liées au développement de la structure de données 3D cinétique et à son adaptation pour la représentation et la simulation d'un champ spatial 3D et dynamique sont discutées, et quelques solutions sont suggérées pour l'amélioration de l'approche proposée. / Geographic information systems (GIS) are widely used for representation, management and analysis of spatial data in many disciplines including geosciences, agriculture, forestry, metrology and oceanography etc. In particular, geoscientists have increasingly used these tools for data integration and management purposes in many environmental applications ranging from water resources management to global warming study. Beyond these capabilities, geoscientists need to model and simulate 3D dynamic spatial fields and readily integrate those results with other relevant spatial information in order to have a better understating of the environment. However, GIS are very limited for modeling and simulation of spatial fields which are mostly three dimensional and dynamic. These limitations are mainly related to the existing GIS spatial data structures which are 2D and static and are not designed to address the 3D and dynamic aspects of continuous fields. Hence, the main objective of this research work is to improve the current GIS capabilities for modeling and simulation of 3D spatial dynamic fields by development of a 3D kinetic data structure. Based on our literature review, 3D dynamic Delaunay tetrahedralization (DT) and its dual, 3D Voronoi diagram (VD), have many interesting potentials for handling the 3D and dynamic nature of those kind of phenomena. However, because of the special configurations of datasets in geosciences applications, the DT of such data is often inadequate for numerical integration and simulation of dynamic field. For example, in a hydrogeological simulation, the data form highly irregular set of points aligned in vertical direction and very sparse horizontally which may result in very large, small or thin tessellation elements. The size and shape of tessellation elements have an important impact on the accuracy of the results of the simulation of a field as well as the related computational costs. Therefore, in the first step of the research work, we develop an adaptive refinement method based on 3D dynamic Delaunay data structure, and construct a 3D adaptive tessellation for the representation and simulation of a dynamic field. This tessellation is conformed to represent the complexity of fields, considering the discontinuities and the shape and size criteria. In order to deal with the dynamic behavior of 3D spatial fields in a moving framework within GIS, in the second step, we extend 3D dynamic VD to 3D kinetic VD in the sense of being capable of keeping update the 3D spatial tessellation during a dynamic simulation process. Then, we show how such a spatial data structure can support moving elements within the tessellation and their interactions. The proposed kinetic data structure provides an elegant way for the management of the connectivity changes between moving elements within the tessellation. In addition, the problems resulting from using a fixed time step, such as overshoots and undetected collisions, are addressed by providing very flexible mechanisms to detect and manage different changes (events) in the spatial tessellation by 3D DT. Finally, we study the potentials of the kinetic 3D spatial data structure for the simulation of a dynamic field in 3D space. For this purpose, we describe in detail different steps for the adaption of this data structure from its discretization for a 3D continuous field to its numerical integration based on an event driven method, and show how the tessellation moves and the topology, connectivity, and physical parameters of the tessellation cells are locally updated following any event in the tessellation. For the validation of the proposed spatial data structure itself and its potentials for the simulation of a dynamic field, three case studies are presented in the thesis. According to our observations during the simulation process, the data structure is maintained and the 3D spatial information is managed adequately. Furthermore, the results obtained from the experimentations are very satisfactory and are comparable with results obtained from other existing methods for the simulation of the same dynamic field. Finally, some of the limitations of the proposed approach related to the development of the 3D kinetic data structure itself and its adaptation for the representation and simulation of a 3D dynamic spatial field are discussed and some solutions are suggested for the improvement of the proposed approach.

Les facteurs affectant la régénération de thuya occidental (Thuja occidentalis L.) après des coupes partielles en peuplements mixtes sur station mésique ont été étudiés à l’aide de trois approches. Premièrement, des coupes de jardinage par pied d’arbre (25 % de la surface terrière récoltée) et par trouées (trouées de 1,5H × 1,5H; 625 m2), ainsi qu’une coupe d’ensemencement (50 % de la surface terrière récoltée) ont été suivies durant trois ans en Outaouais (Québec, Canada) pour mesurer l’abondance, l’établissement et la croissance à court terme d’une nouvelle cohorte de régénération. Deuxièmement, une étude rétrospective effectuée dans d’anciennes coupes partielles en Outaouais, dans la réserve faunique Papineau-Labelle (Québec, Canada) et à Penobscot Experimental Forest (PEF, Maine, États-Unis) a permis de mesurer la croissance diamétrale et en hauteur des semis, des marcottes et des petites gaules de thuya dans des régions ayant des densités variables de cerfs de Virginie (Odocoileus virginianus Zimmerman). Troisièmement, l’abondance et le recrutement des semis, ainsi que les taux de passage et la mortalité des gaules de thuya ont été étudiés dans des peuplements aménagés par des coupes partielles répétées sur un horizon de 40 ans à PEF. Ces trois approches ont permis de déterminer que les petits semis de thuya (< 15 cm de hauteur) sont présents sous plusieurs intensités de coupes partielles, mais la meilleure combinaison de conditions d’établissement est une proximité des semenciers, une coupe de jardinage par pied d’arbre, un substrat minéral exposé et un faible niveau de compétition. La croissance en hauteur est influencée par la région et la disponibilité de la lumière, tandis que la croissance diamétrale est augmentée par des coupes partielles. En présence d’une densité élevée de cerfs, la croissance des semis au-delà de 30 cm de hauteur et le recrutement au stade gaulis sont faibles, limitant ainsi la densité de tiges. À la lumière de ces résultats, il est préférable de préétablir la régénération de thuya par des coupes partielles de faible intensité ou de travailler avec la régénération préétablie naturellement. Dans un deuxième temps, une ouverture plus grande du couvert peut libérer les semis et les gaules et permettre une augmentation de la croissance en hauteur et en diamètre. Il peut être nécessaire de contrôler le broutement selon la densité des populations de cerfs. / Factors affecting the regeneration of northern white-cedar (Thuja occidentalis L.) after partial cuts in mixedwood stands on mesic sites were studied using three distinct approaches. Firstly, single-tree selection cutting (25% of basal area removed), shelterwood seed-cutting (50% of basal area removed), and group selection cutting (gaps of 1.5H × 1.5H; 625 m2) were monitored over three years in the Outaouais Region (Quebec, Canada) to measure the abundance, establishment, and short-term growth of a new regeneration cohort. Secondly, a retrospective study was conducted in partial cuts in the Outaouais Region, Papineau-Labelle wildlife reserve (Quebec, Canada), and at the Penobscot Experimental Forest (PEF, Maine, United States) to compare diameter and height growth of white-cedar seedlings, layers, and small saplings in regions with different densities of white-tailed deer (Odocoileus virginianus Zimmerman). Thirdly, the abundance and recruitment of seedlings, and turning rates and mortality of white-cedar saplings, were studied in stands managed by repeated partial cutting over a 40-year period at the PEF. These three approaches demonstrated that small white-cedar seedlings (< 15 cm high) are present under many intensities of partial cuts, but the best combination of conditions to establish seedlings are: proximity of seed trees, partial opening of the canopy (single-tree selection cutting), exposed mineral soil, and low competition level. Height growth appears to be primarily a function of the region and light availability, and diameter growth increases following partial cutting. With a high density of deer, recruitment of seedlings over 30 cm high and to sapling stage is low, limiting density of saplings. In light of these results, it is preferable to pre-establish white-cedar regeneration by partial cutting of low intensity, or to work with naturally pre-established regeneration. After seedlings are established, a wider canopy opening can release seedlings and saplings and increase height and diameter growth. It may be necessary to control browsing pressure according to deer population densities.

De nos jours, les Systèmes Lidar Mobile (SLMs) sont utilisés dans une multitude de disciplines professionnelles liées à l'arpentage du territoire. À l'instar des systèmes de cartographie mobile basés sur la photogrammétrie, un SLM terrestre offre un grand potentiel en permettant aux professionnels du territoire d'être plus efficace à réaliser des opérations de mesurage courantes avec un portrait complet communément appelé "nuage de points". À partir d'une plateforme mobile terrestre (véhicule routier), aérienne (drone) ou marine (navire), sur laquelle repose un système de navigation (INS-GNSS) combiné avec un ou plusieurs scanneurs laser, le SLM permet d'acquérir des données géospatiales 4D (x, y, z, t) avec une précision et un niveau de détail élevés. Toutefois, l'intégration de ces capteurs de fonction et de grade différents requiert une procédure de contrôle et de validation des paramètres d'intégration, en vue de bonifier la valeur ajoutée du nuage de points. Les paramètres d'intégration d'un SLM sont : les angles de visée, la latence et les bras de levier. Les angles de visée sont les trois angles d'orientations relatives entre le repère du scanneur et le repère de l'IMU. Elles représentent une des sources d'erreurs majeures à laquelle il faut s'attaquer pour éliminer les incohérences parmi les nuages de points issus du même recouvrement. La latence est un délai de synchronisation temporelle des capteurs du SLM. Elle est associée au temps de géoréférencement d'un point lidar par rapport à sa mesure physique. Les bras de levier sont des distances entre l'origine du repère d'un capteur vers un autre. L'exactitude des retours lidar d'un SLM est donc intimement liée à l'ajustage de cette chaîne métrologique complexe. Actuellement, avec la démocratisation du marché et la diminution du coût d'achat, le montage d'un SLM devient une recette subjective, mais l'intégration demeure une tâche complexe et ardue. Cependant, mis à part les grandes compagnies comme Riegl, Leica et Trimble qui disposent de méthodes d'ajustage propre aux systèmes qu'ils commercialisent, il n'existe pas de méthodes d'ajustage indépendant du SLM permettant à l'utilisateur de contrôler les paramètres d'intégration. Le but de ce projet de recherche consiste à rendre accessible aux utilisateurs de tous azimuts une méthode d'ajustage des angles de visée, générique et simple à implanter, qui ne demande pas l'utilisation d'instruments spécialisés de laboratoire. L'obtention de résultats aussi fiables que ceux obtenus par des méthodes de détermination plus laborieuses, représentant la réelle valeur ajoutée de cette méthode. / Nowadays, the Mobile Lidar Systems (MLSs) are used in a multitude of professional disciplines related to territory mapping. Following the example of Mobile Mapping Systems (MMS) based on photogrammetry, a ground-based MLS oers an interesting potential by allowing the geospatial professionals to be more ecient at carrying out routine measurement operations with a complete portrait commonly known as a "point cloud". From a mobile terrestrial (road vehicle), airborne (drone) or marine (ship) platform, where a navigation system (INS-GNSS) combined with one or several laser scanners are xed, the MLS allows the acquisition of 4D (x, y, z, t) geospatial data with a high level of precision and detail. However, the integration of these sensors of dierent grade and utility requires a procedure for control and validation of the integration parameters to improve the added value of the point cloud. The integration parameters of an MLS are: boresight angles, latency and lever arms. The boresight angles are the three relative orientation angles between the scanner frame and the IMU frame. They are one of the major sources of error that must be tackled in order to eliminate discrepencies among point clouds from overlapping passes. The latency is a time synchronization delay of the MLS sensors. It is associated with the geolocalisation time of a lidar return point with respect to its physical measurement. Lever arms are distances between the origin frame of one sensor to another. The accuracy of lidar ranging from a MLS is therefore intimately bounded to the rigorous adjustment of this complex metrological set. Currently, with the democratization of the market and the increased accessibility of low cost solutions, the integration of an MLS becomes a subjective recipe but it remains a complex and dicult task. However, aside from well renowned commercial solutions such as Riegl, Leica and Trimble, whose adjustment methods remains specic to theirs products, independent adjustment methods of MLS that allow the user to control their integration parameters are still needed. The goal of this research project is to provide a wide range of users with a generic, easy-to-implement boresight angles adjustment method that does not require the use of top-grade laboratory instruments, while at the same time achieving results as reliable as more labored adjustment methods, representing then a real added value.