Les barrages-poids en béton sont des structures essentielles afin de régulariser les apports en eau potable, la gestion des bassins hydrologiques et la génération d'électricité. Par contre, la plupart des barrages-poids, au Québec, ont été conçus et construits au cours du dernier siècle avec des méthodes d'analyse et des forces sismiques qui sont jugées inadéquates aujourd'hui. En effet, au cours des dernières décennies, les connaissances en sismologie, en dynamique des structures et en génie parasismique ont grandement évolué, rendant nécessaire la réévaluation des barrages existants afin d'assurer la sécurité du public. Actuellement, des méthodes déterministes, utilisant des facteurs de sécurité, sont utilisées pour évaluer la sécurité des barrages. Cependant, étant donné le caractère aléatoire des sollicitations sismiques et des incertitudes sur les matériaux et propriétés d'un barrage, les méthodes probabilistes se révèlent plus adaptées et deviennent de plus en plus populaires. L'une de ces méthodes est l'utilisation de courbes de fragilité. Ces courbes sont des fonctions permettant de représenter la probabilité d'endommagement ou de rupture d'une structure pour toute une gamme de chargement. Ce projet de recherche présente donc le développement de courbes de fragilité pour évaluer la vulnérabilité sismique de barrage-poids en béton. La méthodologie est appliquée à un barrage spécifique, le barrage-poids aux Outardes-3, le plus grand barrage-poids en béton au Québec. La méthode des éléments finis est utilisée pour modéliser ce barrage et prendre en compte les différentes interactions entre le barrage, le réservoir et la fondation. De plus, des résultats d'essais dynamiques in situ sont utilisés pour calibrer le modèle numérique. Les courbes de fragilité sont ensuite générées à l'aide d'analyses dynamiques temporelles non linéaires afin d'évaluer deux états limites d'endommagement : le glissement à la base du barrage et le glissement aux joints de reprise dans le barrage. Les incertitudes associées aux paramètres de modélisation et à la sollicitation sismique sont incluses dans l'analyse de fragilité et ces sources d'incertitudes sont propagées à l'aide d'une méthode d'échantillonnage. Une étude de sensibilité est également réalisée afin de déterminer les paramètres de modélisation ayant une influence significative sur la réponse sismique du système. L'incertitude associée à la variation spatiale des propriétés du barrage est également prise en compte et est modélisée à l'aide de champs aléatoires ; cette source d'incertitude peut s'avérer importante pour des ouvrages de grandes dimensions comme les barrages. Les résultats montrent que la variation spatiale des propriétés du barrage a un impact minime sur la fragilité du barrage aux Outardes-3 et qu'elle pourrait être négligée. Malgré tout, la méthodologie mise en place pour développer des courbes de fragilité applicables aux barrages-poids est efficace, pratique et donne d'excellents résultats. Par surcroît, un des grands avantages des courbes de fragilité est qu'elles permettent d'obtenir des informations quantitatives sur la vulnérabilité d'un barrage au contraire des méthodes déterministes actuelles.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

En zone montagneuse, la variabilité des paramètres climatiques, notamment à l'échelle fine, reste mal connue. En effet, les conditions climatiques difficiles rencontrées dans la montagne hivernale ont toujours empêché une instrumentation systématique de la mesure des températures, de l'humidité relative ou encore du vent. Mais depuis l'avènement de la production de neige de culture dans les stations de sport d'hiver, on peut se servir des données météorologiques utilisées dans la gestion des canons à neige pour suivre le comportement de ces paramètres climatiques, grâce à un réseau très dense de sondes et d'anémomètres.<br />Cette thèse vise à exploiter les données obtenues grâce aux potentialités de ce nouveau réseau de mesure au travers des sites d'étude choisis, dans les Alpes françaises en Savoie (Les Menuires, Val Thorens, Aussois et Valloire).<br />Une analyse exploratoire et statistique des données permet de répondre en partie aux problématiques récurrentes de la climatologie hivernale de montagne, concernant notamment l'influence des échelles climatiques supérieures et du relief sur la variabilité spatio-temporelle des températures et du vent à échelle fine.<br />Fondée au préalable sur une classification des types de temps en Savoie, l'étude porte principalement sur le comportement moyen ou horaire des températures et leurs inversions, les gradients thermiques et le rôle des facteurs topographiques et des échelles climatiques sur la variation des paramètres locaux.<br />Un nouveau modèle de l'évolution des brises thermiques hivernales est proposé, avec la découverte de mécanismes encore non identifiés sur les brises catabatiques diurnes. Enfin, nous proposerons des applications concrètes pour la gestion des domaines skiables et de la neige de culture.

La variation spatiale du mouvement sismique a des effets significatifs sur la réponse dynamique des structures de génie civil de grandes dimensions. Dans la pratique courante, l'excitation du mouvement sismique le long de la fondation de la structure est considérée uniforme, approche cependant inadéquate pour les structures de large portance au sol localisées à proximité des failles ou sur des sites présentant une structure du sous-sol latéralement hétérogène. Cette thèse se propose donc de comprendre les facteurs clefs contrôlant localement la variabilité spatiale du mouvement sismique, avec en ligne de mire la mise en place de recommendations en vue d'incorporer ces effets dans l'estimation de l'aléa sismique et le dimensionnement des structures. La première partie de cette thèse s'intéresse à la composante intra-évènement de l'écart-type de la distribution du mouvement sismique en champ proche à l'aide de simulations numériques du mouvement sismique pour des sources étendues présentnat une cinématique de rupture réaliste. Les résultats suggèrent que la variabilité intra-évènement dépend significativement du type de rupture, cette variabilité augmentant avec la distance pour les ruptures bilatérales et diminuant pour les ruptures unilatérales. La seconde partie traite de la caractérisation de la composition du champ d'onde dans la vallée de Koutavos-Argostoli, qui est une vallée de petite dimension et d'épaisseur sédimentaire faible, située sur l'île – sismiquement active - de Céphalonie en Grèce. Les champs d'onde générés par 46 séismes, ayant des magnitudes variant entre 2 et 5 et des distances épicentrales jusqu'à 200 km, ont été analysés à partir de l'enregistrement par deux réseaux denses de capteurs sismologiques. L'algorithme de traitement d'antenne MUSIQUE est utilisé pour extraire la vitesse, l'azimut, le type et la polarisation des ondes dominantes se propageant à travers le réseau. Les résultats montrent clairement d'importantes diffractions d'ondes de surface aux bords de vallée au-delà de la fréquence de résonance de la vallée. Tandis que les ondes de Love dominent clairement le champ d'ondes proche de la fréquence de résonance, les ondes de Rayleigh dominent à plus haute fréquence dans des gammes de fréquences étroites. Par ailleurs, un excellent accord est observé entre les champs d'onde de surface diffractés localement et les caractéristiques d'amplification du site. La “cohérence décalée” de la partie la plus énergétique du signal a été quantifiée pour chaque paire de stations du réseau. En général, la cohérence calculée sur les composantes horizontales diminue avec la distance entre stations et la fréquence. La cohérence sur la composante verticale indique des valeurs relativement fortes à haute fréquence. Les valeurs de cohérence apparaissent très faiblement corrélées à la magnitude, l'azimut et la distance épicentrale du séisme, mais sont au contraire liées aux caractéristiques géométriques de la vallée. La coherence est systématiquement plus forte pour les couples de capteurs orientés selon la direction parallèle à l'axe de la vallée, et moins forte pour des couples de capteurs orientés dans la direction perpendiculaires. Cette observation est en accord avec les résultats du traitement d'antenne: la prédominance d'ondes de surface diffractées sur les bords de la vallée conduit à des mouvements en phase le long de la direction parrallèle à l'axe de la vallée. Les résultats de cette thèse apporte des elements de compréhension sur la variabilité spatiale du movement sismique et ouvrent de nombreuses perspectives d'application. / Spatial variation of earthquake ground motion over short distances significantly affects the dynamic response of engineered structures with large dimensions. In current practices, the ground motion excitation across the foundation of a structure is assumed to be spatially uniform, which becomes inadequate for spatially extended structures in the near-fault region or on sites with lateral inhomogeneity. This PhD thesis seeks to understand the key parameters that locally control the ground motion spatial variability with the intent of putting forth practical propositions for incorporating such effects in seismic design and hazard assessment. The first part of the thesis addresses the within-event component of the standard deviation of ground-motion distribution in near source region by means of numerical simulation of ground motions for extended sources with realistic rupture kinematics. The results suggest that the within-event variability significantly depends on the rupture type, depicting an increase with distance for bilateral ruptures and a decrease for unilateral ruptures. The second part deals with the characterization of seismic wave field at the Koutavos-Argostoli site, a small-size, shallow, alluvial valley located in the seismically active Cephalonia Island in Western Greece. The seismic wave field was investigated from the recordings of a dense seismological array for a set of 46 earthquakes, with magnitude 2 to 5 and epicentral distance up to 200 km. The MUSIQUE array analysis algorithm was used to extract the phase velocity, back-azimuth, type and polarization of the dominant waves crossing the array. The results clearly indicate dominant scattering of seismic surface waves, mainly from the valley-edge directions, beyond the fundamental frequency of the valley. While Love surface waves clearly dominate the wave field close to the resonance frequency, Rayleigh waves strongly dominate only in relatively narrow frequency bands at higher frequency. Besides, an excellent consistency is observed between the dominance of the identified surface wave type in the wave field and the site amplification. The "lagged coherency" of the most energetic part of the ground motion has been quantified for each station-pair within the array. In general, spatial coherency estimated from the horizontal components exhibit decays with frequency and interstation distance. Estimates from the vertical component exhibit rather larger values at some higher frequencies. Although coherency does not show any consistent trend indicating dependence on the magnitude, back-azimuth or site-to-source distance of the event, it seems to be primarily controlled by the site geometry. Larger coherency is systematically observed when the station pair is oriented parallel to the valley axis, while lower values are observed in the perpendicular direction. This observation proves to be consistent with the MUSIQUE analysis results: the predominance of scattered surface waves propagating across the valley implies an in-phase motion along valley-parallel direction and out-of-phase motion along valley-perpendicular direction. The findings of the present research are expected to contribute in enhancing our understanding of spatial variability of ground motion and improving the coherency models used in engineering. This work also opens up new insights and many questions in need of further investigation.

La variation spatiale du mouvement sismique a des effets significatifs sur la réponse dynamique des structures de génie civil de grandes dimensions. Dans la pratique courante, l'excitation du mouvement sismique le long de la fondation de la structure est considérée uniforme, approche cependant inadéquate pour les structures de large portance au sol localisées à proximité des failles ou sur des sites présentant une structure du sous-sol latéralement hétérogène. Cette thèse se propose donc de comprendre les facteurs clefs contrôlant localement la variabilité spatiale du mouvement sismique, avec en ligne de mire la mise en place de recommendations en vue d'incorporer ces effets dans l'estimation de l'aléa sismique et le dimensionnement des structures. La première partie de cette thèse s'intéresse à la composante intra-évènement de l'écart-type de la distribution du mouvement sismique en champ proche à l'aide de simulations numériques du mouvement sismique pour des sources étendues présentnat une cinématique de rupture réaliste. Les résultats suggèrent que la variabilité intra-évènement dépend significativement du type de rupture, cette variabilité augmentant avec la distance pour les ruptures bilatérales et diminuant pour les ruptures unilatérales. La seconde partie traite de la caractérisation de la composition du champ d'onde dans la vallée de Koutavos-Argostoli, qui est une vallée de petite dimension et d'épaisseur sédimentaire faible, située sur l'île – sismiquement active - de Céphalonie en Grèce. Les champs d'onde générés par 46 séismes, ayant des magnitudes variant entre 2 et 5 et des distances épicentrales jusqu'à 200 km, ont été analysés à partir de l'enregistrement par deux réseaux denses de capteurs sismologiques. L'algorithme de traitement d'antenne MUSIQUE est utilisé pour extraire la vitesse, l'azimut, le type et la polarisation des ondes dominantes se propageant à travers le réseau. Les résultats montrent clairement d'importantes diffractions d'ondes de surface aux bords de vallée au-delà de la fréquence de résonance de la vallée. Tandis que les ondes de Love dominent clairement le champ d'ondes proche de la fréquence de résonance, les ondes de Rayleigh dominent à plus haute fréquence dans des gammes de fréquences étroites. Par ailleurs, un excellent accord est observé entre les champs d'onde de surface diffractés localement et les caractéristiques d'amplification du site. La “cohérence décalée” de la partie la plus énergétique du signal a été quantifiée pour chaque paire de stations du réseau. En général, la cohérence calculée sur les composantes horizontales diminue avec la distance entre stations et la fréquence. La cohérence sur la composante verticale indique des valeurs relativement fortes à haute fréquence. Les valeurs de cohérence apparaissent très faiblement corrélées à la magnitude, l'azimut et la distance épicentrale du séisme, mais sont au contraire liées aux caractéristiques géométriques de la vallée. La coherence est systématiquement plus forte pour les couples de capteurs orientés selon la direction parallèle à l'axe de la vallée, et moins forte pour des couples de capteurs orientés dans la direction perpendiculaires. Cette observation est en accord avec les résultats du traitement d'antenne: la prédominance d'ondes de surface diffractées sur les bords de la vallée conduit à des mouvements en phase le long de la direction parrallèle à l'axe de la vallée. Les résultats de cette thèse apporte des elements de compréhension sur la variabilité spatiale du movement sismique et ouvrent de nombreuses perspectives d'application. / Spatial variation of earthquake ground motion over short distances significantly affects the dynamic response of engineered structures with large dimensions. In current practices, the ground motion excitation across the foundation of a structure is assumed to be spatially uniform, which becomes inadequate for spatially extended structures in the near-fault region or on sites with lateral inhomogeneity. This PhD thesis seeks to understand the key parameters that locally control the ground motion spatial variability with the intent of putting forth practical propositions for incorporating such effects in seismic design and hazard assessment. The first part of the thesis addresses the within-event component of the standard deviation of ground-motion distribution in near source region by means of numerical simulation of ground motions for extended sources with realistic rupture kinematics. The results suggest that the within-event variability significantly depends on the rupture type, depicting an increase with distance for bilateral ruptures and a decrease for unilateral ruptures. The second part deals with the characterization of seismic wave field at the Koutavos-Argostoli site, a small-size, shallow, alluvial valley located in the seismically active Cephalonia Island in Western Greece. The seismic wave field was investigated from the recordings of a dense seismological array for a set of 46 earthquakes, with magnitude 2 to 5 and epicentral distance up to 200 km. The MUSIQUE array analysis algorithm was used to extract the phase velocity, back-azimuth, type and polarization of the dominant waves crossing the array. The results clearly indicate dominant scattering of seismic surface waves, mainly from the valley-edge directions, beyond the fundamental frequency of the valley. While Love surface waves clearly dominate the wave field close to the resonance frequency, Rayleigh waves strongly dominate only in relatively narrow frequency bands at higher frequency. Besides, an excellent consistency is observed between the dominance of the identified surface wave type in the wave field and the site amplification. The "lagged coherency" of the most energetic part of the ground motion has been quantified for each station-pair within the array. In general, spatial coherency estimated from the horizontal components exhibit decays with frequency and interstation distance. Estimates from the vertical component exhibit rather larger values at some higher frequencies. Although coherency does not show any consistent trend indicating dependence on the magnitude, back-azimuth or site-to-source distance of the event, it seems to be primarily controlled by the site geometry. Larger coherency is systematically observed when the station pair is oriented parallel to the valley axis, while lower values are observed in the perpendicular direction. This observation proves to be consistent with the MUSIQUE analysis results: the predominance of scattered surface waves propagating across the valley implies an in-phase motion along valley-parallel direction and out-of-phase motion along valley-perpendicular direction. The findings of the present research are expected to contribute in enhancing our understanding of spatial variability of ground motion and improving the coherency models used in engineering. This work also opens up new insights and many questions in need of further investigation.

Introduction: Les particules ultrafines (PUF) constituent la plus petite fraction de matières particulaires (MP) actuellement mesurable avec des diamètres aérodynamiques <0,1 µm. En raison de leur taille plus petite et de leur surface collective plus élevée que d’autres particules plus grossières, les PUF pourraient avoir des effets plus importants sur la santé. Objectifs: L’objectif ultime de ce projet doctoral est de développer des surfaces d’exposition aux PUF les plus valides possible pour la région de Montréal. Afin d’atteindre cet objectif ultime, nous devions répondre à trois objectifs méthodologiques intermédiaires : Premièrement, évaluer la variabilité spatiale et temporelle des PUF dans la région de Montréal. Deuxièmement, construire des modèles LUR (Land Use Regression) spécifiques à deux saisons (été, hiver) avec différentes transformations de variables et stratégies de sélection de variables. Troisièmement, dériver des surfaces d’exposition aux PUF à l’aide de prévisions de modèles LUR. Méthodes: Nous avons utilisé les données recueillies lors de campagnes de surveillance en site fixe dans la région de Montréal, où les PUF ont été mesurées en hiver (mars 2013) et en été (août-septembre 2015) sur 249 sites d’échantillonnage. Lors de chaque campagne, chacun des sites d’échantillonnage a été visité trois fois pendant trois semaines consécutives. Chaque visite d’échantillonnage comprenait une période de mesure de 20 minutes pour les PUF avec une mesure toutes les secondes. Pour le premier sous-objectif, nous avons étudié la variabilité spatiale des PUF par rapport à deux catégories géographiques différentes de sites d’échantillonnage. Nous avons étudié la variabilité temporelle des PUF à différents niveaux de temps. Pour le deuxième sous-objectif, nous avons calculé près d’une centaine de prédicteurs candidats à la construction des modèles LUR. Nous avons normalisé la distribution des prédicteurs les plus biaisés. Nous avons sélectionné les prédicteurs les plus pertinents parmi leurs variations avant de construire des modèles LUR parcimonieux spécifiques à la saison en suivant des algorithmes de sélection progressive avant et arrière. Pour le troisième sous-objectif, nous avons généré les surfaces d’exposition aux PUF correspondants aux modèles LUR basés sur la prédiction qui comprenaient trente prédicteurs (appelés « modèles complets »). Résultats et conclusions: Nous avons constaté qu’il existe une variabilité considérable des niveaux des PUF dans le temps et dans l’espace. Les niveaux de PUF en hiver étaient presque deux fois plus élevés que ceux observés en été. Les prédicteurs candidats dont la distribution est asymétrique doivent être normalisés avant la construction du modèle afin de minimiser les valeurs aberrantes des PUF qui pourraient ne pas être représentatives des PUF réelles dans la zone d’étude. Nous avons pu générer des contrastes plus fins des PUF dans les surfaces d’exposition générées à l’aide de modèles complets, qui pourraient être plus représentatifs de la distribution spatiale réelle des PUF dans la zone d’étude, par rapport aux modèles parcimonieux classiquement utilisés dans la littérature. Les surfaces d’exposition spécifiques aux saisons générées à l’aide de modèles complets pourraient contribuer à réduire les erreurs de classification non-différentielles d’exposition aux PUF dans les études épidémiologiques. / Introduction: Ultrafine Particles (UFPs) are currently the smallest measurable fraction of particulate matter (PM) with aerodynamic diameters <0.1 µm. Due to their smaller size and higher collective surface area than larger PM, UFPs are hypothesized to have stronger health effects than larger PM. Objectives: The ultimate objective of this doctoral project is to develop UFP exposure surfaces as valid as possible for the Montreal area. In order to achieve the objective, we needed to address three intermediate methodological objectives: First, to evaluate spatial and temporal variability of UFPs in the Montreal area. Second, to build season specific land use regression (LUR) models with different variable transformations and variable selection strategies. Third, to derive UFP exposure surfaces using prediction based LUR models. Methods: We used data collected during fixed-site monitoring campaigns in the Montreal area, where UFPs were measured in winter (March 2013) and in summer (August-September 2015) at 249 sampling sites. During each campaign, each of the sampling sites was visited three times during three consecutive weeks. Each sampling visit entailed a 20-minute measurement period for UFPs with a measurement every second. For our first sub-objective, we studied spatial variability of UFPs with respect to two different geographic categorizations of sampling sites. We studied the temporal variability of UFPs at different levels of time and between seasons. For our second sub-objective, we computed close to a hundred candidate predictors. We normalized the distribution of the skewed predictors. We selected the most relevant predictors among their variations before building season-specific parsimonious LUR models following forward and backward stepwise selection algorithms. For our third sub-objective, we derived UFP exposure surfaces using prediction based LUR models that included thirty candidate predictors (referred to as “Full models”). Results and Conclusions: We have identified that there is considerable variability in UFP levels with respect to time and space. UFP levels during winter were almost twice those observed during summer. Candidate predictors with skewed distribution should be normalized before model building in order to minimize UFP outliers that might not be representative of the actual UFP levels in the study area. We were able to generate finer UFP contrasts in the exposure surfaces derived from full models that might be more representative of the actual spatial distribution of UFPs in the study area, compared to parsimonious models, classically used in the literature. Season-specific UFP exposure surfaces derived using full models could help reduce non-differential exposure misclassification among the epidemiological study subjects when used for risk assessment.

Les Sicydiinae amphidromes constituent une part importante des peuplements piscicoles insulaires de la région Indo-Pacifique et sont vulnérables à de nombreuses pressions anthropiques (i.e. pêcherie, dégradation et fragmentation des habitats). La reproduction a lieu en eau douce, puis les jeunes dévalent en mer où ils débutent leur croissance pendant quelques mois avant de coloniser les rivières. L’objectif est d’acquérir des connaissances sur les traits de vie de S. lagocephalus (cosmopolite) et de C. acutipinnis (endémique). Les travaux de terrain démontrent que le choix de l’habitat quotidien est fortement lié aux interactions sociales, alors que l’habitat de fraie montre une forte sélection pour des conditions morphodynamiques favorisant l’oxygénation des oeufs. Les mâles sélectionnent des sites de ponte et gardent les oeufs. L’étude expérimentale de la survie en eau douce confirme que tous les embryons libres possèdent la capacité à rejoindre la mer. L’analyse des traits de vie marins à partir des otolithes des post-larves révèle des variations saisonnières d’âge et de taille au recrutement, en lien avec la croissance et la température marine. L’examen histologique des ovaires permet de décrire les variations spatiales et temporelles de l’activité de reproduction chez les femelles en rivière et de déterminer la fécondité et la taille de première reproduction. Les variations inter et intra-spécifiques des traits de vie sontcomparées en lien avec la répartition géographique des deux espèces. Ces travaux permettent d’identifier des perspectives concrètes dans le domaine de la gestion et de la conservation sur la base des caractéristiques de la stratégie amphidrome. / Amphidromous Sicydiinae are particularly widespread among fish freshwater assemblages of the Indo-Pacific region and are vulnerable to anthropogenic pressures (i.e. fishery, degradation and fragmentation of habitats). Spawning and hatching happen in freshwater, then offspring drift downstream to the sea where they begin their growth for a few months before recruiting in the rivers. This study aims at acquire knowledge about life traits of S. lagocephalus (cosmopolite) and C. acutipinnis (endemic). Field sampling shows that the usual habitat choice is related to social interactions, whereasspawning habitat shows a strong selection for morphodynamic conditions which favor eggs oxygenation. Males select spawning sites and care for the eggs. The experimental study of freshwater survival confirms that free embryos survival and swimming capacities are enough to drift to the ocean. Marine life history analysis, based on postlarvae otoliths examination, reveals a seasonal variation of both age and size-atrecruitment related to the larval growth rate and the sea temperature. Histological examination of ovaries is used to describe the spatial and temporal variation of reproductive activity of mature females in the rivers, and to determine fecundity and size at first reproduction. Inter and intra-specific variations of life history traits are compared in relation to the respective geographical distribution of both species. This study identifies concrete prospects for management and conservation based on the features of amphidromous life history strategy.