Malgré la connaissance limitée qu’on a du frasil, il est probablement le plus important acteur pour les cours d’eau en régions froides dans lesquels la glace se forme. Le frasil est aussi une menace réelle et importante pour les structures hydrauliques et donc, un problème pour les ingénieurs. Des mesures quantitatives du frasil sont vitales afin de mieux comprendre sa dynamique, mais très peu d’études ont porté sur le frasil dans son milieu naturel étant données toutes les difficultés techniques qui y sont associées. Celles-ci sont principalement liées à la grande difficulté de détecter le frasil en rivière. Les cristaux sont très sensibles, ils ne peuvent être maniés et ils évoluent et se transforment rapidement. Cette thèse s’adresse au grand besoin en données de terrain et aussi à améliorer la connaissance sur les interactions entre le frasil, l’hydraulique, l’atmosphère et les autres types de glaces rencontrés en rivière. De nombreuses campagnes d’instrumentation en terrain ont été entreprises et une méthodologie permettant la détection et la mesure du frasil en rivière a été développée. Il a été démontré que les profileurs acoustiques sont très efficaces pour ce faire. À partir de données récoltées durant trois hivers, la quantification du frasil est tentée par trois méthodologies différentes et indépendantes. La théorie de Rouse est appliquée aux profils verticaux de retours acoustiques afin d’estimer un diamètre dominant pour la population de particules de glace détectées. Les théories d’inversion de fréquences, appliquées à plus d’une fréquence à la fois, sont utilisées afin d’estimer les dimensions dominantes et des concentrations de frasil en suspension. Finalement, des approches théoriques et des modèles de transfert de chaleur sont utilisés pour prédire la formation et la croissance du frasil. Les résultats de ces modèles sont comparés avec les mesures. Cette thèse montre que les mesures acoustiques sont très prometteuses afin d’obtenir l’information de base sur le frasil qui n’était pas disponible jusqu’à maintenant. De telles données sont aussi très utiles afin de mieux comprendre comment le frasil est produit en rivière, comment il évolue et comment il interagit avec l’eau et l’atmosphère. / Despite knowing extremely little about it, frazil ice is the most important building block for ice infested waters from which, and upon which, most ice is subsequently formed. Frazil ice is a major engineering threat to river and marine infrastructure. Quantitative measurements of frazil ice are vital to clarifying its dynamics, but very few studies have assessed frazil ice in natural water bodies. This is mainly because detection of frazil ice in the field is very difficult. The ice is sensitive to handling and evolves and transforms rapidly. This thesis addresses the need for field data and also seeks to understand more about frazil ice interactions with hydraulics, the atmosphere and other ice types encountered in rivers. An efficient methodology to detect frazil ice in rivers was developed and tested through multiple field instrumentation campaigns. From field data that were obtained during three winters, quantification of frazil ice was attempted by different independent methodologies. The Rouse theory was applied to vertical acoustic backscatter measurements in order to estimate frazil ice particles’ dominant size. Multi-frequency inversion methods were used and applied to estimate both dominant size and concentration of suspended frazil ice. Theoretical approaches that use heat flux modelling were used to predict frazil ice growth rates. Those modelled values were compared with acoustic measurements. The thesis shows that acoustic measurements are very promising to get basic information about frazil that has not been available until now. Such data are also very useful to gain a better understanding of how frazil ice is produced, under which conditions it evolves and how it interacts with the water and the atmosphere.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/22372 |
| Date | 17 April 2018 |
| Creators | Richard, Martin |
| Contributors | Morse, Brian |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | xiii, 241 p., application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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