identifier: Namdary Moghadam, S. (2019). Proposition and Test of an Interventional Program to Incentive Mutual Aid and Reinforce a Supportive Peer Network  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La participation des individus aux activités et aux initiatives d'amélioration est la principale source de la démarche d'amélioration continue, elle est considérée comme un levier de toute l'organisation. Impliquer les gens dans ces activités reste l'un des défis de l'amélioration conti-nue pour les gestionnaires et les dirigeants des organisa-tions qui adoptent cette approche. Bien que les responsables sachent très bien qu'ils devraient encourager la participation, sa mise en œuvre reste discutable. La carotte et le bâton ne peuvent pas favoriser la participation. En effet, les personnes engagées qui ont une attitude et une énergie positives à l'égard du progrès sont la source de créativité et de développement, l'organisation à donc le devoir de les soutenir car ils servent comme moteur d'amélioration et un exemple idéal pour les collaborateurs les moins impliqués. Il est toujours difficile d'engager une personne non impliquée dans des activités d'amélioration, mais il est possible de renforcer l'intention et la conviction des personnes qui ont tendance à participer à des activités d'amélioration en déployant les outils et les moyens nécessaires pour soutenir leurs comportements. Les membres du laboratoire CimarLab ne constituent pas l'exception à cette situation. Cette recherche appliquée dans le CimarLab a pour objectif de soutenir les actions créatives de l'individu et d'encourager son implication. Le résultat de cette recherche est un programme d'amélioration interventionnelle qui peut servir comme un outil pour les membres de Cimarlab où le responsable applique la méthodologie d'amélioration continue S.T.A.R.S aux actions créatives des membres pour améliorer leur travail. La méthode utilisée dans notre étude, nommée RESSOURCEFUL, comprend deux parties principales, l'application de l'outil et son test : en tant que membre de Cimarlab, nous avons proposé dans un premier temps le prototype de RESOURCEFUL en appliquant la méthode de recherche participative aux utilisateurs qui sont supposés utiliser cet outil. Deuxièmement, nous avons testé l'efficacité du prototype lors de la première étape avec les utilisateurs principaux de l'outil. Cette recherche rassemble l'hypothèse de la théorie cognitive, de l'action raisonnée et de la théorie des études comportementales planifiées pour comprendre la prémisse de la participation d'un individu. Ils définissent les conditions de l'environnement digne de confiance et favorable incitant les employés à participer à des activités d'amélioration. Compte tenu de ces hypothèses, RESOURCEFUL encouragerait la personne à demander de l'aide et diffuserait un comportement d'amélioration. Il fournit le mécanisme permettant d'échanger la reconnaissance des actions, la rétroaction positive et le crédit-temps pour remercier les pairs de leur participation et de développer un ré-seau de pairs positif et fiable. Nous avons appliqué le modèle CIAM pour étudier l'efficacité de l'outil dans la promotion de l'intention des individus. Ce modèle propose un outil basé sur des études comportementales pour évaluer la méthodologie de participation des employés. Enfin, RESOURCEFUL a été évalué avec un échantillon de 6 utilisateurs pour la première fois au sein de Cimarlab. Ils sont la source appropriée pour développer et améliorer l'outil dans notre recherche. Enfin, RESOUR-CEFUL a été évalué avec un échantillon de 6 utilisateurs pour la première fois au sein de Cimar-lab. Leurs commentaires nous conduisent à des résultats fiables pour les travaux futurs, tout en améliorant le prototype. Par conséquent, nous ne pouvons pas rejeter l'outil proposé pour renforcer l'action d'initiative des utilisateurs qui ont bien voulu participer car ils ont tous répondu qu'en utilisant RESOUR-CEFUL, ils agissaient de la manière qui les avait aidés à mieux se sentir. Les utilisatrices pensaient que leur efficacité personnelle, en tant que déterminants de l'intention d'un individu, était améliorée grâce à RESOURCEFUL. Entre-temps, lors de l'entretien mené par le chercheur, les principaux utilisateurs de RESOURCEFUL déterminent les difficultés, les avantages et les points d'amélioration. Ceux-ci peuvent envisager d'améliorer les performances de RESOURCE-FUL.  ABSTRACT: Individual's participation in an initiative activity is the principal source of the continuous im-provement approach and known as a constant effort of the entire organization. Engaging people in these activities is still one of the difficulties of continual improvement for managers and leader of an organization who practice this approach. Although the manager is very well aware that they should encourage involvement, how it can be performed is still arguable. The carrot and stick can not promote involvement.   Indeed, engaged people who have a positive attitude and energy toward improvement are the source of creativity which should be supported by the organization and their social context. It may difficult to engage an inactive person in improve-ment activities, but it is possible to reinforce the individuals ‘intention who eager to participate in improvement activities by fostering the supportive condition to encounter their exhausted psychological state. The members who work for CimarLab are not an exception from this situa-tion. This research defined in the CimarLab to support the individual's creative actions and en-courage their involvement. The fruit of this research can be an interventional improvement program that can be used as a tool for the members of Cimarlab where manager practices the continuous improvement meth-odology of S.T.A.R.S for the members' creative actions to improve their work. We name it RE-SOURCEFUL. The method of Our study includes two main parts. First, as a member of Ci-marlab, we attempt to suggest the prototype of RESOURCEFUL by applying the participatory research method with the users who are supposed to utilize this tool. Second, we test the effec-tiveness of the prototype at the first step with the primary users of the tool. This research collects the assumption of the cognitive, theory of reasoned action and theory of planned behavioural studies to understand the premise of an individual's involvement. They define the condition of the trustworthy and supportive environment which encourage employ-ee's intention to participate in improvement activities. Considering these assumptions, RE-SOURCEFUL would encourage the person to ask for help and spread improvement behaviour. It provides the mechanism of exchanging recognition of actions, positive feedback and Time-credit to gratitude the peers participation and developing the supportive and reliable network of peers. We applied the CIAM model to investigate the effectiveness of the tool in encouraging the indi-viduals' intention. This model proposes a tool based on behavioural studies to evaluate the em-ployees' involvement methodology. Finally, RESOURCEFUL assessed with a sample of 6 users for the first time within Cimarlab. They are the appropriate source for developing and improving the tool in our research. Their comments lead us to reliable findings for future work, meanwhile improve the prototype. Consequently, we can not reject the impact of the proposed tool on rein-forcing the users' initiative action who willing to participate as they all replied that by using RESOURCEFUL they acted in the way helped them to feel better about their participation. The female users believed their self-efficiency, as the determinants of an individual's intention, im-proved by RESOURCEFUL. Meantime, during the interview conducted the primary users of RESOURCEFUL determine the difficulties, benefits and improvement points. These can con-sider improving the performance of RESOURCEFUL.


identifier: El Kilani, M.-A. (2019). Évaluation de la performance de réacteurs passifs biochimiques à échelle pilote de terrain pour le traitement du drainage minier à forte salinité et faible température  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Les problèmes de pollution associés à l'activité minière sont principalement liés à la contamination des effluents miniers. Dans une mine, l'eau qui s'accumule dans les fosses à ciel ouvert ou les galeries souterraines, l'eau qui s'écoule à l'exutoire du parc à résidus ou encore l'eau de ruissellement provenant des haldes à stériles peuvent être contaminées. La contamination des effluents miniers résulte principalement des processus biogéochimiques qui se produisent lorsque les rejets miniers solides (stériles miniers et rejets de concentrateurs) sont exposés à l'eau et à l'air et éventuellement à certains types de microorganismes. L'instabilité chimique des minéraux sulfureux qu'ils renferment peut générer, au contact de l'eau et de l'oxygène, de l'acidité et mobiliser les métaux/métalloïdes et les sulfates, générant ainsi des effluents miniers contaminés. Les eaux ainsi contaminées sont appelées drainage minier. Avant d'être rejeté dans l'environnement, le drainage minier généré sur un site minier doit être collecté et traité adéquatement dans le but de réduire les contaminants qu'il contient jusqu'à un niveau respectant les normes environnementales.  Les systèmes de traitement tels que les Réacteurs Passifs Biochimiques (RPB) représentent une approche intéressante pour le traitement du drainage minier durant la phase post-fermeture d'une mine, notamment sur les plans économique et environnemental. Le mécanisme de traitement privilégié dans les RPB est la précipitation des métaux sous forme de sulfures métalliques, stables, suite à la réduction du sulfate en sulfure d'hydrogène sous l'action des Bactéries Sulfato-Réductrices (BSR). Les RPB, qui ont fait l'objet de nombreuses études ces dernières années, se sont révélés très prometteurs comme biotechnologie de traitement du drainage minier en climat tempéré ou semi-aride. En revanche, en région nordique, les connaissances quant à l'influence combinée des basses températures et de la salinité potentiellement élevée du drainage minier sur l'efficacité des RPB restent limitées.  L'objectif principal de cette étude était d'évaluer l'efficacité des RPB pour le traitement du drainage minier en contexte minier nordique. Pour cela nous avons collaboré avec la mine Raglan (Glencore), située dans le grand nord québécois et dont les eaux de drainage des haldes à stériles et du parc à résidus (avant traitement) ont parfois des valeurs de pH ainsi que des concentrations en Ni, en Fe et en Cu qui ne respectent pas les normes environnementales gouvernementales. Au total, trois RPB à l'échelle pilote de terrain ont été construits, mis en opération et suivis sur différentes périodes sur le site de la mine Raglan. Le réacteur RPB-DMA était destiné au traitement d'un Drainage Minier Acide (DMA) et les réacteurs RPB-DNC-1 et RPB-DNC-2 au traitement d'un Drainage Neutre Contaminé (DNC).  Le réacteur RPB-DMA a été suivi pendant 48 jours à l'été 2018. Il a été alimenté avec un DMA s'écoulant à l'exutoire du parc à résidus de la mine Raglan et présentant les paramètres physico-chimiques moyens suivants : 27,6 mg/L Ni, 23,7 mg/L Fe, 2,4 mg/L Cu, 383 mV POR, 3 186 mg/L SO42- et pH = 3,7. Les réacteurs RPB-DNC-1 et RPB-DNC-2 ont été suivis pendant 94 jours et 44 jours, respectivement. Le réacteur RPB-DNC-1 a été suivi pendant 57 jours à l'été 2017, jusqu'au gel des eaux, puis le suivi a repris à l'été 2018 pendant 37 jours. Le réacteur RPB-DNC-2 a été suivi à l'été 2018. Les deux réacteurs ont été alimentés avec un DNC salin contaminé en Ni provenant des galeries souterraines de la mine. Le DNC présentait les paramètres physico-chimiques moyens suivants : 25,7 mg/L Ni, 456,0 mg/L SO42-, 234 mV POR et pH = 7,3 (à l'été 2017) et 22,5 mg/L Ni, 647,1 mg/L SO42-, 218 mV POR et pH = 7,1 (à l'été 2018). Le Temps de Résidence Hydraulique (TRH) dans le réacteur RPB-DMA était de 60 heures et le TRH dans les réacteurs RPB-DNC-1 et RPB-DNC-2 était de 24 heures. Durant les essais, les paramètres physico-chimiques des effluents à l'entrée et à la sortie des RPB ont été régulièrement contrôlés.  Les résultats des essais ont montré que ni le réacteur RPB-DMA, ni les réacteurs RPB-DNC-1 et RPB-DNC-2 n'ont développé des conditions favorables à l'activité des BSR. L'absence d'enlèvement du SO42-, le maintien des conditions oxydantes des effluents, la non-détection de sulfures à la sortie des RPB et les faibles densités de BSR dans les échantillons de mélanges réactifs post-traitement suggèrent que le processus de sulfato-réduction dans les réacteurs RPB-DMA, RPB-DNC-1 et RPB-DNC-2 n'a pas eu lieu ou du moins était négligeable. L'enlèvement des métaux sous forme de sulfures métalliques dans les trois RPB pilotes est donc peu probable. Les faibles températures enregistrées dans les RPB durant le suivi (5°C en moyenne) peuvent expliquer que les BSR ne se soient pas développées dans les réacteurs. Pour les réacteurs RPB-DNC-1 et RPB-DNC-2, la forte salinité du DNC a pu également avoir un impact négatif sur les populations de BSR. Au niveau du réacteur RPB-DMA, un enlèvement du Ni (entre 93% et 95% au début puis entre 53% et 56% à la fin), du Fe (entre 96% et 99%) et du Cu (99%) a été observé. En l'absence de sulfato-réduction, les mécanismes majeurs régissant l'enlèvement des métaux dans le réacteur RPB-DMA sont : (1) la précipitation, sous forme d'oxy-hydroxydes et de carbonates hydratés, liée aux variations de pH, (2) la co-précipitation avec les oxy-hydroxydes et (3) la sorption sur la matière organique. Les mécanismes de sorption et de co-précipitation sont particulièrement importants pour le Ni, dont la précipitation sous forme d'oxy-hydroxydes n'est pas attendue à pH 7-8. L'efficacité d'enlèvement inférieure du Ni dans le réacteur RPB-DMA par rapport au Fe et au Cu peut être expliquée notamment par la compétition entre les ions Ca2+, le Fe, le Cu et le Ni pour les sites de sorption sur la matière organique. Les liens que forment le Cu et le Fe avec la matière organique sont plus solides que le Ni qui lui est plus mobile.L'enlèvement du Ni dans les réacteurs RPB-DNC-1 (99% à l'été 2017 puis 83% à la fin de l'été 2018) et RPB-DNC-2 (entre 95% et 99% au début du suivi puis entre 61% et 83% à la fin du suivi) est majoritairement régi par des mécanismes de sorption sur la matière organique et sur les cendres de bois du mélange réactif. La diminution dans le temps du taux d'enlèvement du Ni dans les réacteurs RPB-DMA, RPB-DNC-1 et RPB-DNC-2 peut être attribuée à la saturation progressive des sites actifs de sorption du mélange réactif. Les réacteurs RPB-DMA, RPB-DNC-1 et RPB-DNC-2 n'ont pas permis d'atteindre tous les objectifs de traitement du DMA et du DNC sur le site de la mine Raglan. Le sulfate n'a été enlevé dans aucun des trois réacteurs et les concentrations en Ni à la sortie des réacteurs RPB-DNC-1 et RPB-DNC-2 ne respectaient pas les exigences de la directive 019 sur l'industrie minière pour ce métal. La performance limitée des réacteurs RPB-DMA, RPB-DNC-1 et RPB-DNC-2 est associée à l'absence d'activité des BSR dans les réacteurs. Pour que les RPB soient prometteurs pour le traitement du drainage minier à la mine Raglan, il est nécessaire de favoriser l'établissement de conditions favorables à l'activité des BSR dans les réacteurs. Le recours à un inoculum de BSR natives, adaptées aux faibles températures et à la salinité élevée, dans les mélanges réactifs, pourrait favoriser le développement et l'activité des BSR dans les RPB et par conséquent accroître leur performance.  Enfin, les résultats de ces travaux, combinés à des essais complémentaires, permettront d'optimiser les critères de dimensionnement de systèmes de traitement passif à grande échelle à la mine Raglan et sur d'autres sites miniers situés en région nordique.  ABSTRACT: Environmental issues associated with the mining industry are mainly related to contamination from mining effluents. At a mining site, water that accumulates in open pits or underground tunnels may be contaminated, as well as the water flowing from the tailings pond or from the waste rock dumps. Mining effluent contamination results mainly from biogeochemical processes that occur when solid mining waste (waste rocks and mine tailings) are exposed to both water and air. The chemical instability of sulfide minerals when they come in contact with water and atmospheric oxygen can generate acidity and mobilize dissolved metals/metalloids and sulfates in mine water. These contaminated waters must be collected and properly treated in order to reduce their contaminant concentrations to a level that meets environmental standards.  Passive treatment systems such as Passive Biochemical Reactors (PBRs) represent an interesting approach for the treatment of mine drainage after mine closure, particularly in economic and environmental terms. Inside a PBR, the aimed treatment mechanism is the precipitation of metals as stable metal sulfides following the reduction of sulfate to hydrogen sulfide under the action of Sulfate-Reducing Bacteria (SRB). PBR systems, which have been the subject of numerous studies in recent years, have shown great promise as a biotechnology for the treatment of mine drainage in temperate or semi-arid climates. However, knowledge concerning PBR performance in northern climates is limited. The combined influence of low temperatures and the potential high salinity of the mine drainage found in northern mines on the effectiveness of PBRs remain poorly known.  The main objective of this study was to evaluate the effectiveness of PBR for the treatment of mine drainage in northern climates. In order to achieve this aim, we collaborated with the Raglan mine (Glencore), which is located in the far north of Quebec and where the underground water and the water flowing from the tailings pond (before treatment) have pH values and Ni, Fe and Cu concentrations that do not meet the environmental governmental standards. In total, three pilot-scale PBRs were constructed, operated and monitored at the Raglan mine site. The PBR-AMD reactor was designed for the treatment of Acid Mine Drainage (AMD) and the PBR-CND- 1 and PBR-CND-2 reactors for the treatment of Contaminated Neutral Drainage (CND).  The PBR-AMD reactor was monitored for 48 days in the summer of 2018. It was fed with a source of AMD flowing from the Raglan mine tailings pond and which had the following average physicochemical parameters: 27.6 mg/L Ni, 23.7 mg/L Fe, 2.4 mg/L Cu, 383mV ORP, 3 186 mg/L SO42- and pH = 3.7. The PBR-CND-1 and PBR-CND-2 reactors were monitored for 94 days and 44 days, respectively. The PBR-CND-1 reactor was monitored for 57 days in the summer of 2017 until the water froze. The monitoring of the PBR-CND-1 reactor resumed in the summer of 2018 for 37 days. The PBR-CND-2 reactor was monitored in the summer of 2018. Both reactors were fed with a saline Ni-CND pumped from the mine underground galleries. The CND had the following average physicochemical parameters: 25.7 mg/L Ni, 456.0 mg/L SO42-, 234 mV ORP and pH = 7.3 in the summer of 2017 and 22.5 mg/L Ni, 647.1 mg/L SO42-, 218 mV ORP and pH = 7.1 in the summer of 2018. The Hydraulic Residence Time (HRT) in the PBR-AMD reactor was HRT = 60 hours and the HRT in both PBR-CND-1 and PBR-CND-2 reactors was HRT = 24 hours. During the tests, the physicochemical parameters of the effluents at the entry and exit of the PBRs were regularly checked.  The results of the tests showed that neither the PBR-AMD reactor nor the PBR-CND-1 and PBR-CND-2 reactors developed favorable conditions for SRB activity. The absence of SO42- removal, the persistent oxidizing conditions and the absence of sulfide detection at the outlet of the PBRs suggest that the sulfate-reduction process did not occur in the PBR-AMD, PBR-CND-1 and PBR-CND-2 reactors or at least was negligible. The removal of metals as metal sulfides in the three PBRs is therefore unlikely. The low temperatures recorded in the PBRs during monitoring (5°C on average) may explain why the SRB did not develop in the reactors. For the PBR-CND-1 and PBR-CND-2 reactors, the high salinity of the CND could also have had a negative impact on SRB populations.  In the PBR-AMD reactor, removal of Ni (between 93% and 95% at the beginning and then between 53% and 56% at the end), Fe (between 96% and 99%) and Cu (99%) has been observed. In the absence of SRB activity, the major mechanisms governing the removal of metals in the PBR-AMD reactor are: (1) precipitation, in the form of hydrated oxy-hydroxides and carbonates, related to pH changes, (2) co-precipitation with oxy-hydroxides and (3) sorption on organic matter. The sorption and co-precipitation mechanisms are particularly important for Ni, whose stable solid phases are not expected to form at pH 7-8. The lower removal efficiency of Ni in the PBR-AMD reactor compared to Fe and Cu removal can be explained by the competition between Ca2+ ions, Fe, Cu and Ni for the sorption sites of organic matter. The bonds that Cu and Fe form with organic matter are stronger than Ni which is more mobile. Ni removal in the PBR-CND-1 reactors (99% in the summer of 2017 and 83% in the late summer of 2018) and PBR-CND-2 (between 95% and 99% at the beginning then between 61% and 83% at the end) is mainly governed by sorption mechanisms on the organic matter and on the wood ash of the reactive mixture. The decrease in Ni-removal rate over time in the PBR-AMD, PBR-CND-1 and PBR-CND-2 reactors can be attributed to the gradual saturation of active sorption sites of the reactive mixture. The PBR-AMD, PBR-CND-1 and PBR-CND-2 reactors failed to meet all the AMD and CND treatment objectives at the Raglan mine site. The limited performance of the reactors might be due to the lack of SRB activity. The use of native SRB, adapted to low temperature and high salinity, in reactive mixtures could be a solution to enhance the development and activity of SRB in PBRs and therefore increase their performance.  Finally, the results of this study, combined with additional tests, will allow optimizing the design criteria for large-scale passive treatment systems at the Raglan mine and on other mining sites in the northern climate areas.


identifier: Kanteye, O. (2019). Étude des propriétés hydrogéotechniques des mélanges sol-boues utilisables comme matériaux fins d'une couverture avec effets de barrière capillaire  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le traitement actif du drainage minier acide (DMA) à l'aide de la chaux génère des quantités de boues considérables qui sont généralement stockées dans des bassins de décantation. Dans l'optique de réduire les couts liés au stockage, ainsi que leur impact environnemental, la valorisation pourrait devenir une avenue importante pour la gestion de ces boues.  En climat humide, la restauration des sites miniers problématiques peut recourir à divers types de recouvrement, incluant les couvertures avec effets de barrière capillaire (CEBC), généralement constituées en sols naturels. Toutefois, ces types de recouvrement nécessitent l'utilisation d'un matériau fin pour la construction de la couche de rétention d'eau. Lorsque les matériaux fins requis ne sont pas disponibles dans les environs des sites à restaurer, des mélanges sols-boues (MSBs) pourraient être utilisés. L'utilisation des MSBs comme composante d'une CEBC visant à contrôler la production du drainage minier acide permettrait, d'une part, de réduire l'impact environnemental des boues et limiter leur coût de gestion, et d'autre part, de favoriser l'acceptabilité sociale des projets miniers en réduisant l'utilisation de sols naturels et les distances de transport des matériaux d'emprunt.  Ainsi, l'objectif principal de ce projet est d'évaluer le potentiel de valorisation des boues de traitement du DMA pour produire des mélanges de sols granulaires et de boues (MSB) ayant les caractéristiques hydrogéotechniques requises d'une couche de rétention d'humidité d'une CEBC, tout en optimisant la quantité de boues. Spécifiquement, les objectifs du projet consistaient à : 1) caractériser, au laboratoire, les propriétés géotechniques et hydrogéotechniques (retrait libre, Proctor, conductivité hydraulique saturée et courbe de rétention d'eau) de différents MSBs obtenus à partir de deux types de sols granulaires (till et sable) et de deux types de boues des sites de Westwood et de Waite-Amulet en faisant varier la teneur en boues β (= masse de boue humide / masse de sol humide) dans le mélange ; 2) étudier l'impact de l'ajout de la chaux, dont l'objectif est de réduire la teneur en eau très élevée des MSBs, sur certaines propriétés hydrogéotechniques, notamment la conductivité hydraulique saturée et les propriétés de compactage des MSBs ; 3) discuter, selon les propriétés hydrogéotechniques, l'utilisation potentielle des MSBs, obtenus à l'aide des deux types de sols et des  deux types de boues, comme couche de matériaux fins d'une CEBC.  Pour y parvenir, après les caractérisations physique, chimique et minéralogique des sols et des boues, le till ainsi que le sable ont été mélangés avec les deux types de boues à des teneurs en boues β de 30, 40 et de 50%. Les mélanges ont été préparés en considérant une teneur en eau de 3,5%, pour le sable, et de 7,5%, pour le till ; tandis que les teneurs en eau des boues étaient, principalement, de 175% et de 200% respectivement pour les boues de Westwood et pour celles de Waite-Amulet. Pour l'étude de l'impact de la chaux sur les propriétés des MSBs, des teneurs en chaux vive (masse de chaux / masse de mélange humide) de 0 à 10% ont été utilisées sur les MSBs contenant une teneur en boues de 30%.  Les résultats de cette étude indiquent des valeurs de conductivités hydrauliques saturées ksat de l'ordre de 10-6 cm/s pour le till et les mélanges de till et de boues. Les valeurs de ksat augmentent légèrement lorsque β passe de 30 à 50%. La pression d'entrée d'air (AEV) passe de 60 kPa pour le till seul à environ 58 kPa et 40 kPa, respectivement, pour les mélanges till-boues Westwood et till- boues Waite Amulet avec β = 30%. Sur la base d'une comparaison à celles des matériaux habituellement utilisés dans des couches de rétention d'eau de CEBC existantes et efficaces, ces valeurs de ksat et d'AEV confirment le potentiel des mélanges de till et de boues à être utilisés comme couche de rétention d'eau d'une CEBC. Malgré les AEV entre 30 kPa et 39 kPa, les mélanges de sable et de boues présentent toujours des valeurs de conductivités hydrauliques saturées ksat de l'ordre de 10-4 cm/s quand β est de 30%. Ces valeurs de ksat diminuent légèrement quand β augmente de 30 à 50%. Cependant, l'augmentation de la quantité de boues dans les MSBs produit des mélanges peu compactables (teneur en eau largement supérieure à la teneur en eau optimale et densité sèche inférieur à l'optimum Proctor).  Les résultats de l'amendement à la chaux des MSBs indiquent que la teneur en eau des mélanges diminue lorsque la teneur en chaux augmente pendant un temps de cure donné. Cette réduction de la teneur en eau s'accompagne d'une augmentation de la densité sèche après compactage. Néanmoins, la densité sèche des mélanges traités à la chaux reste inférieure à la densité sèche optimale des mélanges non traités comme déterminée avec les essais Proctor. Les conductivités hydrauliques saturées des mélanges de sable et de boues contenant 2 à 6% de chaux diminuent de 3 ordres de grandeurs (autour de 10-7 cm/s) par rapport aux mélanges non traités ( autour de 10-4 cm/s) tandis que celles des mélanges de till et de boues avec et sans chaux restent dans le même ordre de grandeur (autour de 10-6 cm/s).  Au vu de ces résultats de recherche, cette étude confirme que les mélanges de sols et de boues ont un bon potentiel comme couche de rétention d'eau dans un recouvrement de type CEBC. Sachant que cette étude n'est qu'une étape d'un processus de validation de l'utilisation des mélanges sols-boues comme composante d'une CEBC, et d'optimisation de la quantité de boues dans les MSBs, nous recommandons que les travaux de recherche se poursuivent pour étudier davantage le comportement des MSBs dans des scénarios de restauration à l'échelle de laboratoire et de terrain. Mots clés : Boues de traitement du drainage minier acide, mélanges sols-boues, amendement à la chaux, propriétés hydrogéotechniques, couverture avec effets de barrière capillaire (CEBC)  ABSTRACT: Active treatment of acid mine drainage (AMD) with lime generates considerable quantities of sludge that are usually stored in settling ponds. In order to reduce the costs associated with storage and reduce their environmental impact, valorization has become an important way of sludge managing. In humid climates, reclaiming problematic mining sites may use various types of covers, including covers with capillary barrier effects (CCBE), generally constituted by natural soils. These cover types require the use of a fine material for the construction of the water retaining layer. Where the required fine materials are not available in the vicinity of the sites to be restored, soil-sludge mixtures (SSMs) could be used. The use of MSBs as a component of a CCBE aiming to control the production of acid mine drainage would, on the one hand, reduce the environmental impact of sludge and limit their management costs, and on the other hand, promote the social acceptability of mining projects by reducing the use of natural soils and the transportation distances of borrowing materials.  Thus, the general objective of this project was to study, using laboratory tests, hydrogeotechnical properties of SSMs in order to use them as potential material for the water retention layer of CCBE. Specifically, the objectives of the project were to : i) to characterize, in the laboratory, the geotechnical and hydrogeotechnical properties (free shrinkage, Proctor, saturated hydraulic conductivity and water retention curve) of different SSMs obtained from two types of granular soils (till and sand) and of two types sludge from the Westwood and Waite-Amulet sites by varying the sludge content β (= mass of wet sludge / wet soil mass) in the mixture ; ii) investigate the impact of adding lime, which aims to reduce the very high moisture content of SSMs, on some hydrogeotechnical properties, including saturated hydraulic conductivity and compaction properties of SSMs ; iii) 3) to discuss, according to the hydrogeotechnical properties, the potential use of SSMs obtained using both types of soils and both types of sludge as fine material layer of CCBE.  To reach these objectives, after the physical, chemical and mineralogical characterization of soils and sludge, the till and the sand were mixed with both types of sludge at sludge contents β of 30, 40 and 50%. The mixtures were prepared considering a water content of 3.5% for the sand and 7.5% for the till; while sludge moisture contents were mainly 175% and 200% for Westwood sludge and Waite-Amulet sludge, respectively. For the study of the impact of lime on the propertiesof SSMs, lime was added to SSMs containing 30% sludge content at lime contents (mass of lime / mass of wet mixture) of 0 to 10%.  The results of this study indicate saturated hydraulic conductivity values ksat of the order of 10-6 cm / s for the till and the till-sludge mixtures. The values of ksat increase slightly when β goes from 30 to 50%. The air-entry value (AVE) decreased from 60 kPa for the till alone to about 58 kPa and 40 kPa for the till-Westwood sludge and till-Waite Amulet sludge mixtures with β = 30%. Based on a comparison to materials commonly used in existing and effective CCBEs water retention layers, these ksat and AEV values confirm the potential of till-sludge mixtures to be used as a materials for the water retention layer of CCBE. Despite AEV values ranging between30 kPa and 39 kPa, sand-sludge mixtures showed saturated hydraulic conductivity values ksat in he order of 10- 4 cm/s when β is 30%. These ksat values decrease slightly when β increases by 30 to 50%. However, increasing the amount of sludge in the SSMs product mixtures little compactable (water content much higher than the optimum moisture content and dry density less than the optimum Proctor).  The results of the lime amendment of the SSMs indicate that the water content of the mixtures decreases as the lime content increases during a given cure time. This reduction in water content is accompanied by an increase in the dry density after compaction. Nevertheless, the dry density of the lime-treated mixtures remains lower than the optimal dry density of the untreated mixtures as determined with the Proctor tests. The saturated hydraulic conductivities of sand and sludge mixtures containing 2 to 6% lime decrease by 3 orders of magnitude (to about 10-7 cm/s)  compared to untreated mixtures (ksat  10-4 cm/s) while those of till and sludge mixtures with and without lime remain in the same order of magnitude (10-7 cm/s).  Based on these research results, this study confirms that SSMs could have good potential as a layer of water retention in CCBEs. Knowing that this study is only one step in a process of validating the use of soil-sludge mixtures as a component of CCBE, and in optimizing the amount of sludge in SSMs, further research remains necessary to investigate the behavior of SSMs at laboratory and field scales for mine site rehabilitation scenarios using CCBEs.  Keywords: acid mine drainage treatment sludge, soil-sludge mixtures (SSMs), lime amendment, hydrogeotechnical properties, cover with capillary barrier effects (CCBE)


identifier: Gandonou, M. (2019). Effet des changements climatiques sur la stabilité géotechnique d'un parc à résidus  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'industrie minière génère annuellement d'importants volumes de résidus miniers qui sont généralement entreposés dans des bassins ceinturés par des digues appelés parcs à résidus. La stabilité de ces parcs est une priorité pour les compagnies minières en raison des conséquences graves causées par une rupture. L'une des causes principales de rupture est les conditions climatiques extrêmes. En raison de leur très longue durée de vie, les parcs à résidus sont soumis à des fluctuations climatiques importantes notamment en lien avec les changements climatiques.  Ce projet de recherche s'inscrit dans une plus vaste étude visant à proposer une nouvelle approche méthodologique visant à intégrer les changements climatiques dès la phase de conception des infrastructures minières (digues, recouvrements et ouvrage de gestion d'eau de surface).   Des simulations numériques en 2D ont été réalisées avec les logiciels SEEP/W et SLOPE/W de la suite GeoStudio sur deux modèles géométriques simplifiés (actuel et final), inspirés du parc à résidus de la mine Canadian Malartic dans le secteur de la digue centrale et les comportements simulés ont été comparés pour les climats actuels et futurs. Les variables climatiques (précipitations, température, humidité relative et vent) ont été appliquées comme conditions frontière à la surface du parc pour la période actuelle et les horizons 2050 et 2080. L'impact de différentes propriétés des résidus miniers (résidus densifiés et non consolidés) et de diverses intensités de précipitations a été évalué. Cette étude inclut également une analyse probabiliste réalisée avec la méthode de Monte-Carlo. L'impact du coefficient de variation et de la distribution normale des paramètres a été étudié afin d'évaluer leur influence sur la valeur du facteur de sécurité moyen, la probabilité de rupture et l'indice de fiabilité.  Le comportement simulé des deux modèles simplifiés de parc à résidus indique que les changements climatiques projetés dans la région de l'Abitibi pourraient avoir un impact négatif sur la stabilité géotechnique des ouvrages. L'augmentation de la quantité d'eau de pluie sur le site en raison de périodes de précipitation plus intenses, plus longues et plus fréquentes, aurait tendance à générer des pressions interstitielles plus élevées dans le parc en particulier pour la géométrie finale prévue à la fermeture.   Les résultats numériques indiquent également que : la stabilité du modèle du parc inspiré de la mine Canadian Malartic est particulièrement affectée par la configuration géométrique (nombre de rehaussements et épaisseur des résidus entreposés). la prise en compte des propriétés géotechniques des résidus non consolidés (angle de frottement interne et cohésion) entreposés dans le parc, a une influence marquée sur les pressions interstitielles et la stabilité du parc pour des ruptures globale et locale ②.  La présence d'une couche d'argile sous les résidus et la berme de départ entraine une réduction du facteur de sécurité des trois types de ruptures considérés Le facteur de sécurité semble diminuer progressivement après des PMP de printemps pour des climats actuel et futurs.  ABSTRACT: The mining industry produces every year large volumes of tailings. These tailings are generally stored in large ponds and retained by dikes. Tailings impoundment stability is a major issue for mining companies. One of the main cause for dam failure is extreme weather conditions. Because of their long lifespans, tailings impoundments are submitted to important climatic fluctuations especially with climate change.   This project is part of a broader research program which aims to develop a new design methodology to integrate climate change during the design phase of mining infrastructures (dams, covers and surface water management systems).  Numerical simulations (2D) were carried out using SEEP/W and SLOPE/W (GEO-SLOPE 2018) for two different simplified models (current geometry and geometry at closure) inspired by the central dike at the Canadian Malartic mine. Simulated hydrogeotechnical behaviors were compared for future climate predictions. Climatic variables (precipitation, temperature, relative humidity and wind) were applied as boundary conditions to the model for the current period and for the 2050 and 2080 horizon. The behaviour of various scenarios including different tailings properties and various rainfall intensities were evaluated. Probabilistic analyses with the Monte Carlo method were also conducted in this research project. The impact of the coefficient of variation and the normal distribution of parameters was evaluated, and their influence on the mean value of the safety factor, the probability of failure and the reliability index.   The simulated behavior of the two tailings impoundments (simplified models) indicates that the expected climate change in Abitibi region may have a negative impact on the dam geotechnical stability. The increase of rainwater infiltration (because of more intense, longer and more frequent precipitation periods) would tend to generate higher pore pressures in the tailings impoundment, especially for the final geometry at closure. The numerical results also indicate that :   the stability of the tailings impoundment (inspired by the Canadian Malartic mine) can be particularly affected by the geometric configuration (thickness of tailings);imposing the geotechnical properties of the unconsolidated tailings (internal friction angle and cohesion) stored in the tailings impoundment, has a marked influence on the pore pressures and the stability of the dyke for global and local failures ②; the presence of a layer of clay under the tailings leads to a reduction of the safety factor of the local ang global failures considered;the safety factor appears to be gradually decreasing after spring PMPs from current and future climates.


identifier: Dupré, G. (2019). Contrôle d'une unité de production d'énergie décentralisée raccordée à un réseau de distribution déséquilibré  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Historiquement, l'électricité est produite par de grandes centrales (nucléaires, thermiques, hydro-électriques, etc.) alimentant un vaste territoire. L'engouement que suscitent les énergies renouvelables, ainsi que la promesse d'un nouveau réseau électrique plus flexible, tend à changer ce paradigme en favorisant l'essor de nouveaux modes de production basés sur l'utilisation conjointe de plusieurs petites installations décentralisées (éoliennes, panneaux solaires, piles à combustible, etc.). L'augmentation du nombre de ces installations s'accom-pagne d'une dégradation substantielle de la stabilité du réseau, dont le taux de déséquilibre ne cesse de croître. Les unités de production décentralisées sont communément reliées au réseau par le biais d'un convertisseur en source de tension. En temps normal, ce dernier est contrôlé de manière à atténuer ses harmoniques de commutation haute fréquence afin de délivrer des tensions et des courants de bonne qualité (les plus sinusoïdaux possible). Cependant, le déséquilibre du réseau compromet l'intégrité du système à travers l'apparition de nouvelles harmoniques en entrée et en sortie du convertisseur. En e˙et, ces harmoniques basse fréquence endommagent les équipements, augmentent les pertes de puissance et polluent les courants injectés au réseau. Puisque le déséquilibre est inévitable, il est essentiel de les faire disparaître pour ne pas dégrader le fonctionnement de l'unité de production décentralisée et du réseau. Ainsi, ce mémoire propose de concevoir un système de commande capable de réguler une unité de production décentralisée raccordée à un réseau de distribution potentiellement dés-équilibré. L'objectif principal est l'élimination des harmoniques présentes des deux côtés du convertisseur. On commence donc par étudier le système à contrôler dans le but de déterminer les conditions à satisfaire pour résoudre le problème. Ces conditions sont ensuite traduites en performances à atteindre par le système en boucle fermée. L'architecture choisie est celle d'une loi de com-mande par retour d'état estimé à l'aide d'un observateur. Le contrôleur incorpore un modèle interne des signaux de consigne à suivre et des perturbations à rejeter. L'observateur doit quant à lui estimer fidèlement l'état du système en présence de perturbations non mesurables. Le gain du contrôleur est réglé en minimisant un indice de performance linéaire quadratique tandis que celui de l'observateur est obtenu en résolvant un problème d'optimisation formulé à l'aide d'inégalités matricielles linéaires. Enfin, le système de commande est validé en si-mulation grâce au logiciel MATLAB/Simulink.  ABSTRACT: Electricity is conventionally produced in central power plants (e.g., nuclear, thermal, hydro-electric plants) to supply a vast area. The proliferation of renewable energy resources, along with the advent of a smarter grid, tend to change the conventional paradigm by promoting new modes of production based on the use of small-scale, decentralized units (e.g., wind turbines, photovoltaics, fuel cells, etc.). The growing number of such units, however, could degrade the stability and power quality.  A distributed generation unit is often connected to the grid through a power electronic converter. Among the power electronic apparatus, voltage source converters are more advan-tageous since they provide high power quality and can operate in either inverter (DC/AC) or rectifier (AC/DC) mode. Nevertheless, a voltage source converter can adversely a˙ect the power quality whenever the host grid is unbalanced. An unbalanced grid can produce double-frequency ripples on the input voltage of the converter, which in turn, reduces the lifetime of its DC-side capacitor. Moreover, the feedback control system may result in the injection of low-frequency current harmonics on the AC side of the converter.  Thus, this thesis proposes a control system for a grid-connected distributed generation unit operating under unbalanced grid conditions. Attention is focused on the cancellation of both DC-side voltage ripples and AC-side current harmonics.  First, a mathematical analysis of the system leads to the definition of the structure of the controller. The control system must ensure closed-loop stability and asymptotic tracking regulation regardless of disturbances. Hence, the proposed architecture is an observer-based output feedback servomechanism controller. Linear quadratic techniques as well as linear matrix inequalities are used to optimally design the servo-compensator, the stabilizing com-pensator and the observer. The performance of the controller is then evaluated by several MATLAB/Simulink simulations. The results show perfect tracking and good disturbance rejection even under highly unbalanced grid, e.g., single-phase grid. The voltage ripples on the DC-side and the current harmonics on the AC-side are completely eliminated.


identifier: Morales Rodriguez, J. (2019). Computation of Frequency Dependent Network Equivalents Using Vector Fitting, Matrix Pencil Method and Loewner Matrix  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse présente l'analyse des techniques existantes et des nouveaux développements pour le calcul d'équivalents de réseaux électriques (FDNEs en anglais). Les FDNEs sont des modèles rationnels d'ordre réduit de dispositifs ou de parties de réseaux, utilisés pour l'accélération des simulations de transitoires électromagnétiques. Un FDNE est calculé de façon à ce que sa réponse fréquentielle corresponde à celle du système original dans une bande de fréquences definie. Ce qui permet la réduction de l'ordre du modèle et par conséquent, la réduction du temps de calcul des simulations dans le domaine du temps. Pour l'application de la technique FDNE, le système original et le modèle équivalent doivent être linéaires, causals et passifs. Ces caractéristiques sont étudiées en détail dans cette thèse, ainsi que la dérivation mathématique de la matrice Hamiltonienne et la matrice de singularité associée pour l'évaluation de la passivité des FDNEs. Les FDNEs sont calculés à l'aide d'une technique d'ajustement de courbes. Ensuite, la passivité du modèle doit être évaluée, et, si des violations de passivité sont découvertes, une technique pour forcer la passivité du modèle doit être appliquée pour assurer la stabilité numérique du modèle. Dans la littérature, les techniques existantes pour l'ajustement de courbes et pour forcer la passivité des modèles rationnels sont nombreuses, donc, les plus matures ont été sélectionnées et étudiées. Les théories de ces techniques sont analysées et comparées avec des exemples numériques. À partir des résultats obtenus des ces études, la technique Vector Fitting (VF) est reconnue comme la plus précise. Cependant, les techniques Matrix Pencil Method (MPM) et Loewner Matrix (LM) sont reconnues comme des techniques utiles pour l'identification de l'ordre des modèles équivalents. Finalement, une nouvelle technique est proposée en combinant les techniques étudiées. La méthodologie proposée est plus efficace que les techniques étudiées appliquées de façon individuelle. En ce qui concerne la passivité des modèles FDNE, un problème majeur avec les techniques qui forcent la passivité est identifié comme suit.  ABSTRACT: This thesis presents a thorough analysis of existing techniques and new developments for the calculation of Frequency-Dependent Network Equivalents (FDNEs). FDNEs consist of reduced-order rational models of devices or subnetworks aimed at acceleration of electromagnetic transient (EMT) simulations. A FDNE is calculated such that the frequency-response of the original model is matched for a finite frequency band, this allows the reduction of the model order and consequently, the reduction of computational burden in time-domain simulations. For the application of the FDNE approach, both, the original and equivalent (FDNE) models are required to be linear, causal and passive. These modeling requirements are studied in detail in this thesis. Also, the mathematical derivation of the Hamiltonian matrix and associated singularity test matrix for the passivity assessment of rational models is reviewed. The computation of FDNEs is achieved by applying a curve fitting approach to identify the system's equivalent rational model. Then, the passivity of the model must be assessed, and, in case that passivity violations are revealed, a passivity enforcement technique must be applied to guarantee numerical stability of the model in transient simulations.  Since different techniques exist for both, rational modeling and passivity enforcement, the most relevant are chosen and further studied. The theories of these techniques are first revisited, then, the studied techniques are compared with numerical examples. From these numerical studies, the Vector Fitting (VF) technique is demonstrated to be the most accurate technique for rational modeling. However, the Matrix Pencil Method (MPM) and Loewner Matrix (LM) technique are shown to be useful methods for model order identification. Thus, a novel fitting technique, consisting of a combination of the above-mentioned techniques, is proposed. The new methodology is demonstrated to be more efficient than any of the involved techniques applied independently. Regarding the passivity enforcement stage, a major issue is identified as follows.


identifier: Simon, G. (2019). Étude d'un critère de décollement lagrangien sur des écoulements instationnaires complexes  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce mémoire porte sur l'étude de la prédiction et de la détection du décollement de la couche limite dans les écoulements, ce qui représente un enjeu majeur dans de nombreux domaines du génie tel qu'en aéronautique ou en aérodynamique. Ainsi, depuis les travaux pionniers de Prandtl en 1904, de nombreuses études se sont attelées à la réalisation de critères permettant la détection du point de décollement. Cependant la grande majorité de ces critères souffre d'un domaine d'application plus ou moins restreint à certains types d'écoulements et demande souvent des hypothèses préalables. De ce constat, la présente étude s'intéresse à la validation d'un critère récent basé sur la théorie de la formation de pics matériels lors d'un décollement établie par Serra et al. (2018). Ce critère a pour caractéristique d'être objectif, c'est-à-dire indépendant du référentiel d'observation, mais aussi universel, c'est-à-dire applicable à tous types d'écoulements bidimensionnels : stationnaires ou instationnaires, compressibles ou incompressibles, avec des parois fixes ou mobiles. En effet, ce critère repose sur la détection du profil du décollement comme étant la crête du champ de variation de courbure de lignes matérielles initialement parallèles à la paroi puis advectées en temps. Cette méthode de détection adaptée dans un programme Matlab est appliquée à plusieurs écoulements de complexité croissante. Ainsi, la validation du critère est d'abord effectuée sur des décollements sur parois planes avec par exemple le cas de la bulle de décollement turbulente et le jet impactant, puis dans un second temps sur des décollements sur parois courbes, pouvant être mobiles, avec l'écoulement autour d'un cylindre libre de translater, d'une ellipse sur pivot décentré et d'un profil NACA 0012 incliné. Cette étude a pu montrer que la théorie de Serra et al. (2018) était capable de capturer la naissance de la formation de pics matériels sans aucune hypothèse préalable sur le type d'écoulement ou le type de décollement. De ce fait ce critère s'est avéré satisfaisant sur des écoulements stationnaires ou instationnaires pour la détection de décollement pouvant se faire aussi bien sur paroi que hors paroi. De plus, plusieurs observations intéressantes sur le décollement ont pu être faites, comme par exemple lors de la transition d'un décollement sur paroi vers un décollement hors paroi, de la fusion entre plusieurs pics de particules initialement distincts ou encore sur la détection d'empreintes de décollement que d'autres méthodes sont incapables de prédire. En somme, cette théorie, en plus d'être apte à capturer la zone du décollement sur une surface, permet également d'en capturer l'apparition et l'évolution sur un faible nombre de pas de temps pour des écoulements pouvant être parfois fortement instationnaires, là où les autres méthodes se focalisent principalement sur des résultats asymptotiques. Il pourrait donc être envisagé que cette méthode soit à terme également utile dans le domaine du contrôle de l'écoulement et donc du décollement.  ABSTRACT: We study the phenomenon of separation of the boundary layer in several flows. Flow separation is indeed central in a lot of engineering problems such as in airfoils or in internal flows and that's why there has been an abundant literature on that subject since the pioneering work of Prandtl (1904) on two-dimensional steady flows. However, even if all those studies are focused on the prediction and the detection of flow separation, it appears that they mostly suffer from some disadvantages. Firstly because those criteria are based on asymptotic methods that often need a priori assumptions, and secondly because these methods could be difficult to apply to all different flow types. Thus, this work is intended to study and analyze a recent frame-invariant theory of material spike formation in flow separation developed by Serra et al. (2018). This theory is based on the exact curvature evolution of near-wall material lines initially parallel to a no-slip boundary. It is effective also over short-time intervals and can identify both fixed and moving flow separations. Finally, that method is designed to be universal, i.e. applicable to all flows: steady or unsteady, compressible or incompressible, with fixed or moving boundaries. This detection method has been programmed in a Matlab code in order to test it in various complex flows such as a turbulent separation bubble, an impinging jet, and flows around a freely moving cylinder, a freely rotating ellipse and an angled NACA 0012 airfoils profile. In short, the criterion has been tested on both plane and curved walls but also moving ones. The criterion of Serra et al. (2018) shows his ability to detect material spikes on all different flow types without a priori assumptions. Indeed, whether the flow was steady or unsteady, this method has been able to capture flow separation that can be on- or off-wall. It has then allowed us to uncover some new phenomena thanks to the analysis of the material spike birth and time evolution. For example, we have observed the transition from on-wall to off-wall separation or the merger of initially distinct spikes. Moreover, we have even been able to detect separation profiles that remain hidden to previous approaches. Finally, these results permit to identify the way flow separation arises, interacts, and merges in sometimes highly transient flows over a short-time interval which was obviously not possible with former asymptotic methods. Thus, we can imagine that this method could be used in the future in flow control field.


identifier: Fresser, W. (2019). Modélisation numérique de l'érosion éolienne en application sur des aires d'entreposage de résidus miniers  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion des émissions de poussières est l'un des enjeux majeurs pour l'industrie minière, que ce soit au niveau des opérations de la mine ou de l'érosion éolienne d'origine naturelle. Au Québec, l'érosion éolienne est un problème rencontré sur plusieurs parcs à résidus miniers, représentant des zones désertiques dépourvues de barrières au vent. Ce phénomène survient lorsque la vitesse du vent est supérieure à la vitesse de friction seuil et lorsque les rejets miniers sont soumis à la dessiccation par le soleil (fin printemps, été et début automne) ou, plus particulièrement, par cryodessiccation (freeze–drying), au début du gel de l'automne. Aux alentours des parcs à résidus, se disséminent ainsi des substances nocives qui peuvent devenir des problématiques environnementales majeures à long-terme. Afin d'estimer la quantité de résidus miniers sortant d'une aire d'entreposage de résidus miniers, la modélisation numérique du phénomène d'érosion éolienne, permettrait de simplifier des opérations complexes, de déterminer les directions dans lesquelles s'envolent les résidus miniers ainsi que de quantifier ces émissions de particules. L'objectif de ce travail de recherche était de proposer un modèle numérique fonctionnel capable d'estimer les pertes de sol occasionnés par des vents puissants sur les parcs à résidus pour, en finalité, estimer les quantités de résidus sortant des aires d'entreposage. Les principaux modèles numériques permettant d'estimer l'érosion éolienne sont utilisés essentiellement dans le domaine agricole et industriel. La prédiction de l'érosion éolienne sur les parcs à résidus est un aspect à approfondir.   Le logiciel choisi est un modèle développé depuis 2007 par l'USDA-ARS (United States Department of Agriculture) et dispose de 70 ans de recherche sur le phénomène d'érosion éolienne. Il s'agit du Single-event Wind Erosion Evaluation Program (SWEEP), simulant l'action du vent sur un sol pendant un épisode journalier. Afin de tester, d'utiliser et calibrer ce modèle, des mesures de pertes de sol sur le terrain ont été nécessaires pour comparer les résultats de modélisations. Premièrement, les travaux ont consisté à étudier les statistiques éoliennes de 4 sites d'étude (A, B, C et D) pour prévoir l'implantation de stations de collecte de poussière pendant la période expérimentale, d'août à novembre 2018. Ensuite, sur les sites A, C et D, les mesures de terrain ont été possibles et réalisables avec des stations de collecteurs BSNE, positionnés à 5, 10, 35, 60, 100 et 150 cm de hauteur par rapport à la surface du sol. Les collecteurs BSNE sont les plus communément utilisés dans l'étude de l'érosion éolienne. Les tailles granulométriques des poussières captées, combinées à une méthode détermination de la capacité de collecte des BSNE,ont permis de définir une efficacité d'environ 60% sur les trois sites expérimentaux. Ainsi, les masses de poussières collectées ont été augmentées de 40%. Pendant la période expérimentale, plusieurs évènements de vent ont permis de capter des masses de particules de résidus. Ces masses récoltées, au niveau des stations, ont été transformées en flux horizontaux totaux (kg/m de large), grâce à une méthode d'intégration. Une fois ces flux divisés par la distance soumise au vent (m) en amont des stations de collecte, les pertes de sol totales (kg/m²) des différentes collectes de poussières ont été déterminées. Pendant la période estivale (T>0°C), les pertes de sol totales mesurées variaient de 0,02 à 0,08 kg/m² sur le site A, de 0,150 à 0,244 kg/m² sur le site C et de 0,001 à 0,006 kg/m² sur le site D. Pendant la période de freeze-drying (T<0°C), les pertes de sol totales mesurées variaient de 0,05 à 0,250 kg/m² sur le site A et de 0,007 à 0,010 kg/m² sur le site D. Puis, pour comparer les résultats avec le modèle SWEEP, la détermination des jours présentant les conditions favorables à l'érosion éolienne a été réalisée. Ainsi, 6 jours ont été sélectionnés pour le site A, 1 pour le site C et 2 pour le site D. En parallèle, les intrants du modèle ont été mesurés et renseignés, tel que les propriétés de terrain (longueur, largeur, orientation, barrières au vent), du sol (granulométrie, densité, taille et stabilité des agrégats), de la surface du sol (rugosité aléatoire) et du climat (vitesse et direction du vent, température, rugosité aérodynamique). Certains de ces paramètres ont été estimés puis calibrés ; il s'agit du diamètre moyen géométrique (GMD), de l'écart-type géométrique (GSD) et de la stabilité des agrégats. Les résultats des modélisations, des jours sélectionnés, avec le modèle SWEEP se sont avérés être bien corrélés avec les mesures de terrain (R²=0,85). Quelques divergences sont constatées lors de tempêtes faiblement génératrices de poussières (perte de sol totale mesurée inférieure à 0,03 kg/m²). Le modèle semble surestimer les mécanismes de l'érosion éolienne plus la superficie du modèle est importante. De plus, la vitesse de friction seuil est déterminée à 9 m/s pour les trois sites expérimentaux, en période estivale. En période de freeze-drying, celle-ci estimée à 8 m/s pour le site D et demeure invariable pour les sites A et C. Ces vitesses de friction seuil concordaient avec les vitesses de vent des stations météorologiques ou des anémomètres, pendant les différents évènements vus sur le terrain.  Afin d'utiliser le modèle pour l'industrie minière, davantage de tests sont nécessaires pour valider les résultats de la modélisation et des méthodes d'étalonnage pourraient être utiles pour ajuster les coefficients internes et les équations empiriques du modèle SWEEP.  Mots clés : Érosion éolienne, Parcs à résidus, Modèle SWEEP, Poussières, BSNE  ABSTRACT: The management of dust emissions is one of the major challenges for the mining industry, even for natural wind erosion or mine operations. In Quebec, wind erosion is a problem encountered in many tailings impoundments, which are desert areas without wind barriers. This phenomenon occurs when the wind speed is greater than the threshold velocity and when the mining discharges are subjected to desiccation by the sun (late spring, summer and early autumn) or, mostly, by freeze-drying at the beginning of the frost, in autumn. Near the tailings impoundments, spreads of contaminated substances can become major long-term environmental issues. In order to estimate the amount of tailings particles spreads, numerical modeling of the wind erosion phenomenon would simplify complex operations and determine the directions in which the tailings are flowing, as well as quantify these particle emissions. The purpose of this research was to suggest a functional numerical model permitting the estimation of soil loss caused by strong winds on the tailings impoundments, in order ultimately to estimate the quantities of residues leaving the storage areas. Most of the wind erosion prediction models are used in agriculture and industry. The prediction of wind erosion in mining industry is an aspect to investigate further.   The software chosen is developed since 2007 by the USDA-ARS (United States Department of Agriculture) and has 70 years of research on wind erosion. The Single-event Wind Erosion Evaluation Program (SWEEP) allows simulating the action of wind on a soil during a daily episode. In order to test, use and calibrate this model, soil loss measurements in the field needed to compare model results. First, the work consisted in studying the wind statistics from 4 experimental sites (A, B, C and D) to predict the installation of dust collection stations during the experimental period, from August to November 2018. Then, on sites A, C and D, field measurements were possible and achievable with BSNE stations, positioned at 5, 10, 35, 60, 100 and 150 cm high relative to the soil surface. The BSNE collectors are the most commonly used in the study of wind erosion. The particle sizes of the collected dusts, combined with a method determining the catch capacity of BSNEs, made it possible to define an efficiency of approximately 60% on the three experimental sites. Thus, the dust masses collected were increased by 40%. During the experimental period, several wind events permitted to capture masses of residue particles. These harvested masses, at the level of the stations, were transformed into horizontal dust flux (kg/m wide), thanks to an integration method. Once these horizontal dust flux were divided by the distance upwind (m) to the collection stations, the total soil losses (kg/m²) of the different dust collections were determined. During the summer period (T> 0°C), the total soil loss measured ranged from 0.02 to 0.08 kg/m² at site A, from 0.150 to 0.244 kg/m² at site C, and from 0.001 to 0.006 kg/m² at site D. During the freeze-drying period (T< 0°C), the total soil loss measured ranged from 0.05 to 0.250 kg/m² at site A and from 0.007 to 0.010 kg/m² on the site D. Then, to compare the results with the SWEEP model, the determination of the days, presenting the conditions favorable to the wind erosion was carried out. Thus, 6 days were selected for the site A, 1 for the site C and 2 for the site D. In parallel, the inputs of the model were measured, such as the field properties (length, width, orientation, wind barriers), soil properties (particle size distribution, density, size and stability of aggregates), soil surface properties (random roughness) and climate properties (wind speed and direction, temperature, aerodynamic roughness). Some of these parameters were estimated and then calibrated; this is the geometric mean diameter (GMD), the geometric standard deviation (GSD) and the stability of the aggregates. The results of the simulations, for the selected days, with the SWEEP model proved to be well correlated with the field measurements (R² = 0.85). Some disagreements are observed during storms with low dust generation (total soil loss measured less than 0.03 kg/m²). The model seems to overestimate the mechanisms of wind erosion plus the area of the model is important. In addition, the threshold velocity is determined at 9 m/s for the three experimental sites, in summer. During the freeze-drying period, this is estimated at 8 m/s for site D and remains unchanged for sites A and C. Threshold velocities were reliable with the wind speeds measured at weather stations or anemometers, during different storms events seen on the field.  In order to use the model for the mining industry, more tests are needed to validate the modelling results and calibration methods could be useful in adjusting the internal coefficients and empirical equations of the SWEEP model.  Keywords: Wind erosion, Tailings impoundments, SWEEP model, Dusts emissions, BSNE.


identifier: Beurcq, C. (2019). Control Strategies for Standing Column Wells in a Cold Climate  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les puits à colonne permanente sont des échangeurs géothermiques relativement profonds qui ont pour particularité d'utiliser directement l'eau souterraine comme fluide caloporteur. L'eau est généralement pompée à la base du puits grâce à une pompe submersible jusqu'à un échangeur à plaques. Ce dernier fait le lien entre la boucle d'eau souterraine et la boucle d'eau du bâtiment sur laquelle sont connectées des pompes à chaleurs décentralisées qui assurent le chauffage et la climatisation du bâtiment. L'eau est ensuite réinjectée en haut du puits sous le niveau dynamique à l'aide d'un tuyau de réinjection. Avant d'être réinjectée dans le puits, jusqu'à 30% de l'eau souterraine peut être déviée vers un puits d'injection (ou une autre destination) ce qui a pour effet d'attirer de l'eau, à une température proche de celle du sol non perturbé, à travers les fractures du sol dans le puits à colonne permanente et ainsi d'augmenter sa performance thermique. Ce processus est aussi appelé ‘saignée'. Ce type d'échangeur implique des forages relativement longs, mais leur efficacité thermique permet de réaliser des économies par rapport à des puits en boucles fermée. La boucle d'eau du bâtiment comporte aussi des auxiliaires de chauffage et de refroidissement qui prennent le relai quand l'échangeur souterrain ne peut répondre à la demande du bâtiment, particulièrement lors des pointes de demande. La consommation énergétique de ces systèmes provient des pompes à chaleur, de l'énergie de pompage, et de l'énergie consommée par les systèmes auxiliaires. Les coûts d'opération peuvent aussi être influencés par la pointe de puissance appelée par le système. D'un autre côté, la saignée implique des impacts environnementaux et peut être reliée à des contraintes d'opération techniques et légales, et il est donc intéressant de limiter le volume d'eau saignée du puits.  Le but de cette recherche est d'explorer et de recommander des stratégies de contrôle des bâtiments équipés de puits à colonne permanente pour le pompage, la saignée, les consignes de température du bâtiment et des systèmes auxiliaires, dans le but d'améliorer l'efficacité énergétique du système et les coûts d'opération, tout en limitant le volume d'eau souterraine saignée. Ce travail de recherche comporte le développement d'un modèle de bâtiment de bureau détaillé en plusieurs zones chauffées et climatisées par des pompes à chaleur décentralisées. Le modèle a été réalisé avec le logiciel TRNSYS pour la partie bâtiment tandis que l'échangeur géothermique est modélisé dans Matlab. Une étude des pertes de charge dans la boucle d'eau souterraine a été réalisée pour une meilleure précision de l'évaluation des stratégies de pompage de façon à prendre en compte l'impact de la saignée sur l'énergie de pompage.  ABSTRACT: Standing column wells (SCWs) are a type of ground heat exchanger which relies on relatively deep wells and uses groundwater directly as the heat transfer fluid. The groundwater is generally pumped at the bottom of the well with a submersible pump to a plate heat exchanger. This heat exchanger is the connection between the ground loop and the building loop which supplies the source side of distributed heat pumps providing heating and cooling to the building. The groundwater is then reinjected at the top of the well below the dynamic level of the aquifer with a rejection pipe. Before being reinjected, up to 30% of the groundwater may be diverted into an injection well (or another destination). This has the effect to attract groundwater at a temperature close to the undisturbed ground temperature from the ground fractures in the aquifer into the standing column well, which will increase its thermal performance. This process is also called ‘bleed'. Although this type of ground heat exchanger relies on relatively deep wells, their high heat exchange capacity can lead to cost savings compared to closed-loop systems. SCW systems also include auxiliary devices for heating and cooling, which are used when ground heat exchanger is not sufficient to meet the building load, especially during peak periods. The energy use of SCW systems comes from the heat pumps, the submersible pump, and auxiliary heating and cooling devices. Operative costs are also influenced by the peak power demand of the system. On the other hand, bleed can be associated to environmental impacts and subject to technical and legal constraints, so there is an interest to limit the volume of groundwater bled. The goal of this research is to design and assess control strategies of the building for : pumping, bleed, and building and auxiliary setpoint temperatures with the aim of improving the overall energy efficiency and operative costs while minimizing the volume of groundwater bled. The work performed includes the development of a detailed model of an office building that includes fifteen thermal zone heated and cooled by decentralized heat pumps. The building and HVAC system are modelled in TRNSYS while the ground heat exchanger is modelled in Matlab. A detailed assessment of the head losses in the ground loop with and without bleed was performed in order to accurately represent the impact of bleed on the pumping energy needs, as this is a key aspect of the overall control optimization. Through the literature review, a ‘good practice' scenario was identified. This scenario combines typical practice and recommendations regarding SCW systems operation. Simulations are then performed to assess the impact of different control assumptions on the system performance, compared to this reference scenario. The simulations are separated in three main categories : pumping, bleed and building (including auxiliary) control strategies.


identifier: Skandrani, A. (2019). La désulfuration par flottation des résidus miniers altérés porteurs d'or  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Partout où se trouvent de vieux sites miniers abandonnés, les projets de restauration se heurtent à d'importants défis. D'abord, d'un point de vue environnemental, les résidus non traités peuvent constituer une problématique majeure en raison de leur sévère contamination et, dans certain cas, de leur génération soit de drainage minier acide (DMA) ou de drainage neutre contaminé (DNC). Quant à l'aspect économique, la présence des métaux à grande valeur ajoutée tels que l'or et l'argent peut faire de certains parcs à résidus de véritables gisements secondaires. En effet, les procédés d'extraction existants à l'époque où ces sites étaient exploités n'étaient pas autant développés et performants que les procédés actuels.  Les motivations et les objectifs liés au traitement des vieux résidus sont donc multiples. Quant aux moyens possibles pour le traitement de ces résidus sulfurés, la désulfuration environnementale par flottation est une avenue prometteuse qui viserait un double objectif. En effet, cette technique permettra de produire deux fractions : un concentré de sulfures générateur de DMA, qui en même temps contiendra de l'or, et un rejet final non problématique qui sera déposé directement dans les parcs à résidus ou qui pourrait servir de matériau de recouvrement pour la restauration.  Cependant, après des longues années d'exposition aux conditions atmosphériques, des couches des produits d'oxydation se sont formées à la surface des particules à flotter, ce réduit l'efficacité de la flottation. Ainsi, des techniques de prétraitements se doivent d'être envisagées afin de créer des surfaces fraiches, permettant d'améliorer le processus de flottation. Ce travail a donc comme objectif principal de faire une étude comparative de prétraitement mécaniques des vieux résidus permettant d'obtenir, au moyen d'une désulfuration par flottation, un rejet final désulfuré non problématique, pouvant servir comme matériau de recouvrement ainsi qu'une récupération de l'or dans le concentré toujours emprisonné selon l'hypothèse de recherche qui considère que l'or est associé aux sulfures. Afin d'atteindre ces objectifs, deux échantillons, collectés dans un site d'une ancienne mine exploitée en Abitibi-Témiscamingue, aujourd'hui abandonnée, ont été étudiés. Un premier très oxydé R1 et un deuxième partiellement oxydé R2. Les deux échantillons contiennent des teneurs en soufre presque similaires, aux alentours de 1 %, et des teneurs en or de 3,82 g/t et de 1,41 g/t, respectivement, pour R1 et R2. Suite à la caractérisation chimique, physique et minéralogique, différentes méthodes de prétraitement mécaniques dont une agitation, une attrition avec silice et un re-broyage ont été testées pour nettoyer les surfaces des sulfures en enlevant les couches d`oxydation. Dans le but de déterminer les paramètres de flottation du premier prétraitement mis en œuvre, à savoir l'agitation, différents essais ont été réalisés avec suivi de la vitesse de rotation, du débit d'air et de l'ajout d'activant. Basé sur les résultats obtenus, les paramètres de flottation qui suivront l'agitation ont été déterminés. Le prétraitement par agitation a été testé sur les deux échantillons R1 et R2. En ce qui concerne l'attrition et le re-broyage, ils ont été réalisés pour le matériel R1. Les teneurs en soufre dans les rejets pour les tests d'agitation et de re-broyage pour R1 sont supérieurs à 0,3% (directive 019). Ainsi, des essais cinétiques en mini-cellules d`altération ont été réalisés pour R1 et plus précisément pour 3 échantillons M1, M2 et M3 afin de statuer sur leur potentiel de génération de DNC. Les résultats obtenus pour ce travail préliminaire sont satisfaisants en termes de concentration des sulfures et de l'or dans les concentrés d'ébauchage. En effet, les prétraitements mécaniques testés ont permis d`éliminer les produits d'oxydation et par conséquent améliorer la flottabilité des sulfures : pour R2, les valeurs des teneurs en soufre pour les concentrés ont montré une nette augmentation comparativement à l'essai de flottation standard et pour le rejet de cet essai, la teneur respecte la directive 019. Pour R1, et avec l'agitation et le re-broyage, la récupération en soufre et en or est améliorée. Pour l`attrition pour R1, les résultats ne sont pas très satisfaisants, ce qui a été expliqué par le phénomène d`entrainement de certains minéraux de gangue dans les concentrés, conduisant ainsi à une dilution des teneurs en soufre. En ce qui concerne les résultats de l`étude environnementale, les résultats des essais statiques et cinétiques ont confirmé que les rejets désulfurés ne produisent pas de DMA, cependant, pour les échantillons M1 et M3, les concentrations en As sont relativement élevées et dépassent la limite établie par la directive 019, ce qui pourrait représenter un risque de génération de DNC en arsenic. Les résultats obtenus pour le présent projet offrent des multiples pistes d'optimisation pour rendre ces méthodes les plus économiques et rentables possible. Ceci serait réalisable en effectuant dès le départ une étude minéralogique approfondie de l'échantillon, ce qui permettrait certainement dans l'avenir de guider le choix des différents paramètres de flottation, et par conséquent, l'optimisation serait moins compliquée (variation du temps et de la taille du re-broyage, détermination du collecteur adéquat, utilisation de collecteurs spécifiques à l'or).  ABSTRACT: Everywhere old mining sites can be found, reclamation projects face important challenges. First, from an environmental point of view, abandoned mine tailings constitute a serious problem caused by the lack of containment and reclamation. In several cases, these tailings can be rich in sulphide minerals and can subsequently generate either DMA or DNC. Regarding the economic aspect, some tailings ponds can be considered as actual secondary deposits because it may still contain a significant gold content potentially recoverable. Indeed, the extraction processes existing at the time when these sites were operated were not as developed and efficient as modern processes. The motivations and objectives related to the treatment of old residues are therefore multiple. As for the possible means for this treatment, environmental desulfurization by flotation is an interesting approach. This technique will produce two fractions: a first, a non problematic-desulphurized sulphide used in tailings impoundments reclamation as a monolayer cover and a second, rich in sulphides, which can be used for extracting its high value metals such as gold or silver. However, in the case of old mine tailings and after long years of exposure to different weathering and atmospheric conditions, layers of oxy and hydroxide products form on the surface. These oxidation products have a poor affinity with the collector, which adsorbs ineffectively to the altered surface of the particles and therefore constitute a barrier to collector adsorption. Thus, to improve the efficiency of sulphide recovery by flotation, pre-treatments must be considered in order to create fresh surfaces, allowing to improve the flotation process. The main goal of this study is to produce a concentrate rich in sulphides and gold using mechanical pre-treatment techniques prior to desulphurization. It also targets the production of a desulphurized material that could be used to cover reclaimed tailings impoundments. To achieve this objective, two samples were collected from an abandoned mine site in Abitibi-Témiscamingue. A first highly oxidized R1 and a second partially oxidized R2. The two samples contain almost similar sulphur contents around 1% and gold contents equal to 3.82 g/t and 1.41 g/t respectively for R1 and R2. Following the chemical, physical and mineralogical characterization, various mechanical pretreatment methods including agitation, attrition with silica and re-grinding were tested to clean the sulfide surfaces by removing the oxidation layers. In order to determine the flotation parameters of the first pre-treatment used, i.e. agitation, various tests were carried out with monitoring of the rotational speed, air flow rate and addition of activant. Based on the results obtained, the flotation parameters that will follow the agitation have been determined. Pretreatment by agitation was tested on both samples R1 and R2. As far as attrition and regrinding are concerned, they have been carried out for the materiel R1. The sulphur contents in the tailings for the agitation and regrinding tests for R1 are higher than 0.3% (Directive 019). Thus, kinetic tests in mini-alteration cells were carried out for R1 and more precisely for 3 samples M1, M2 and M3 in order to determine their DNC generation potential. The results obtained for this preliminary work are satisfactory in terms of sulphide and gold concentration in the roughing concentrates. Indeed, the mechanical pretreatments tested eliminated the oxidation products and consequently improved the floatability of the sulphides: for R2, the values of the sulphur contents for concentrates showed a clear increase compared to the standard flotation test and for the tailing of this test, the content complies with Directive 019. For R1, and with agitation and regrinding, the recovery of sulphur and gold is improved. For the attrition for R1, the results are not very satisfactory. This has been explained by the phenomenon of entrainment of certain gangue minerals in the concentrates, thus leading to a dilution of the sulphur contents. Concerning environmental study, the results of the static and kinetic tests confirmed that desulfurized tailings do not produce DMA, however, for samples M1 and M3, the concentrations of As are relatively high and exceed the limit fixed by Directive 019, which could represent a risk of generating DNC into arsenic. The results obtained for this project offer multiple avenues for optimization to make these methods as economical and profitable as possible. This could be achieved by carrying out a thorough mineralogical study of the sample from the outset, which would certainly make it possible in the future to guide the choice of the various flotation parameters, and consequently, optimization would be less complicated (variation in the time and size of the re-milling, determination of the appropriate collector, use of specific gold collectors).


identifier: Kilicaslan, A. (2019). Dépôt de revêtements durs résistants à l'érosion sur la surface interne de cathodes creuses pour des applications en aérospatiale  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le domaine de l'aérospatiale montre une évolution spectaculaire depuis le siècle dernier, grâce aux développements de la science et notamment à celle des matériaux. En effet, si au début le défi était d'être capable d'envoyer des hommes dans les airs, il est maintenant de les y maintenir. Certaines conditions environnementales engendrent une dégradation prématurée des appareils volants. C'est notamment le cas des particules abrasives et érosives présentes dans l'air au-dessus de la surface de la Terre, qui occasionnent une dégradation de certaines parties du moteur de ces appareils par impacts. L'accumulation des dommages baisse les performances de ces derniers et peut mener, dans certains cas, à leur arrêt prématuré ce qui, en plus des frais de fonctionnement additionnel, menace la sécurité des occupants de l'appareil. La domination des airs n'est pas sans danger puisque certaines catastrophes ont entrainé la perte de plusieurs centaines de vies par le passé. C'est ce qui motive les acteurs du domaine à se pencher sur des solutions pour pallier ce type de problèmes afin de répondre à la demande sans cesse croissante, tout en assurant un niveau de sécurité optimal. Même si plusieurs composantes du moteur d'avion sont conçues pour être soumises à des conditions extrêmes, il n'en reste pas moins que certaines peuvent entraîner l'arrêt brusque de l'équipement après leur défaillance. C'est le cas notamment du diffuseur qui assure la circulation de l'air entre les différentes parties du moteur. Celui-ci est très sensible à l'usure due à l'érosion par impacts de particules solides (EIPS). Il existe quelques solutions pour éviter l'accumulation de particules dans le moteur comme l'utilisation de filtres à particules, mais elles ne sont pas très attrayantes. Les avancées du domaine de l'ingénierie de surface permettent d'offrir des revêtements protecteurs - à l'érosion notamment - de plus en plus performants et pour une vaste gamme de surfaces. Par exemple, l'utilisation de revêtements durs de nitrure de titane (TiN) sur les rotors d'un moteur à turbine à combustion peut, en milieu désertique, augmenter sa durée de service jusqu'à vingt fois. Par contre, des pièces à la géométrie complexe présentent des zones à l'accès direct limité, dites hors ligne de visée (HLDV), telles les entrées d'air du diffuseur qui restreignent les possibilités en matière de dépôt d'un revêtement. Dans ce cadre, nous nous sommes tournés vers la technique du dépôt en phase vapeur chimique assisté par plasma (PECVD) pour ses capacités de dépôt HLDV tout en offrant des revêtements durs performant pour la protection contre l'EIPS.  ABSTRACT: The field of aerospace has undergone a spectacular evolution since the beginning of the last century, mostly thanks to the evolution of materials science and engineering. In the beginning of aerospace, the focus was on sending men up in the air, but, now, the challenge is to ensure their safety. Many environmental conditions generate early degradation of the aircraft workpieces, for example, abrasive particles present in the air which cause damage to the engine parts upon impacts. The accumulation of damages not only lowers the device performances and generates additional repair costs, but can also cause early machine failure putting aircraft passengers at risk. The aerospace industry is looking for scientific and technological solutions to keep the safety of flying passenger lives at high standards without hindering the rapid market growth. Since many of the engine parts are subject to extreme conditions, some parts can cause an abrupt stopping of the equipment. This is the case of the diffuser, which conducts the air compression to the combustion chamber and which is very sensitive to erosion wear caused by solid particle erosion (SPE). There exist few solutions to prevent the accumulation of particles inside the engine, such as particle filters, but they are not a very attractive solution since they increase the aircraft weight as well as gas consumption. Advances in surface engineering can offer SPE protective coatings, which are increasingly effective and can be applied to a variety of surfaces. For example, the use of titanium nitride (TiN) hard coatings on the rotors of a combustion turbine engine can increase the service lifetime period up to 20 times in a desert environment. However, complex shaped parts of the engine with limited direct access, labeled non-line of sight (NLOS) such as the diffuser entry, limit the possibility in terms of coating deposition. In this context, we consider the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) for its NLOS capabilities to counteract the wear by SPE. Moreover, the choice of TiN as model protective material has been motivated by its well-established anti SPE properties as well as its accepted use by the aerospace authorities. Finally, we have used hollow cathode cylinders made of the same material as the diffuser to simulate the diffuser gas inlets. Thus, the main objective of this work is to develop a NLOS deposition process to deposit SPE resistant coatings on the inner parts of complex shaped substrates regarding the industrial application. Because of the tube shape, multiple experimental setups had to be adapted and some created.


identifier: Muller, E. (2019). Estimation et complétion des flux élémentaires manquants du tableau entrées-sorties multirégional EXIOBASE  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Réduire les effets des actions de la société sur l'environnement apparaît pour la majorité de la communauté scientifique comme indispensable. Pour ce faire, il est nécessaire de faire le lien entre ces actions et leurs impacts environnementaux potentiels afin de permettre aux consommateurs et aux décideurs de choisir parmi les meilleures solutions implémentables. Plusieurs outils permettent d'effectuer ces études. Parmi ces outils, les Analyses du Cycle de Vie (ACV) et les Analyses Input-Output (AIO) font partie des plus généralement utilisés. Le premier permet d'étudier de manière détaillée des produits ou des services spécifiques alors que le second se base sur des données économiques et est plus adapté à des analyses à grande échelle. Chacune de ces méthodes possède des avantages et des inconvénients mais elles souffrent toutes les deux de problèmes de troncature. Ces troncatures sont cependant différentes et complémentaires.  ABSTRACT: For most of the scientific community, reducing the environmental effects caused by the society's actions is essential. In order to help consumers and decision makers choose the best of several implementable solutions to protect the environment, a link must be made between society's actions and their potential associated environmental impacts. Up to now, these studies are performed using several tools. Among those, Life Cycle Assessment (LCA) and Input-Output Analysis (IOA) are two of the most used ones. On the one hand, LCA allows detailed studies regarding specific products and services. On the other hand, IOA is based upon economic data and used for large scaled analysis. Both have several assets and drawbacks but are affected by the same issue: data truncation. However, these truncations are not the same but complementary.


identifier: Vahabzadeh Jamairan, Y. (2019). Metasurface Analysis Using Finite Difference Techniques  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les métasurfaces sont des structures très minces par rapport à la longueur d'onde de fonc-tionnement et des dimensions des métamatériaux tridimensionnels. Ils sont réalisés par la juxtaposition de cellule-unitaire en dessous de la longueur d'onde. Tout en étant légers et offrant moins de pertes, ils offrent une gamme d'applications plus étendue que les métamatériaux 3D classiques. Étant capables de modifier l'amplitude, la polarisation, la phase et la fréquence des ondes, leurs applications vont des fréquences radio aux optiques dans la formation de faisceaux, radômes, capes, lentilles, structures non réciproques et hologrammes, pour n'en nommer que quelques-uns. En général, les métasurfaces sont des structures bianisotropes, qui, par le fait même, présentent des discontinuités spatiales et temporelles très complexes. Leur synthèse est basée sur les conditions généralisées de transition de feuille (GSTC) qui sont calculées à l'aide de la théorie de la distribution. Suivant cette théorie, ils sont modélisés comme une structure d'épaisseur nulle. Cependant, dans le calcul des particules diffusantes, l'utilisation des paramètres S ou des matrices d'impédance permet de les cartographier dans des inclusions de cellules unitaires appropriées avec une dimension inférieure à longueur d'onde. La bianisotropie et l'épaisseur nulle impliquent une discontinuité à la fois des champs électriques et magnétiques qui est connues sous le nom de problème général de discontinuité électromagnétique. Cela rend donc leur analyse très compliquée et impossible à faire avec les techniques numériques conventionnelles. Par conséquent, ce manuscrit traitera du manque significatif de méthode d'analyse précise et entièrement numérique. Dans cette thèse, nous effectuons un examen approfondi des conditions aux limites classiques et discutons de leurs limites et de leurs conditions d'applicabilité. Les GSTC sont dérivés, et leur utilité est discutée. Ensuite, nous développons des techniques de calcul dans le schéma des différences finies (FD) pour l'analyse de discontinuité électromagnétique générale. Nous prouvons que les techniques numériques développées pour discontinuité simple, discontinuité du champ électrique ou magnétique, constituent un cas particulier de notre développement. Les formulations sont effectuées dans les domaines temporel et fréquentiel et sont étendues au cas général des métasurfaces dispersives, bianisotropes, variant dans le temps et l'espace. Nous présentons l'interprétation physique des équations dérivées. À chaque chapitre, nous étendons la méthode du chapitre précédent et le prouvons par de nombreux exemples illustratifs, dans lesquels les résultats sont comparés aux solutions analytiques, aux champs spécifiés ou au résultat approximatif du logiciel de simulation.  ABSTRACT: Metasurfaces are very thin structures compared to the operating wavelength and dimensional reduction of three-dimensional metamaterials. They are realized by the juxtaposition of sub-wavelength scattering particles. While being lightweight and less lossy, they offer a broader range of applications than the conventional 3D metamaterials. Being capable of altering the wave amplitude, polarization, phase, and frequency, their application range from radio frequencies to optics in beam-forming, radomes, cloaks, lenses, non-reciprocal structures, and holograms, to name a few. In general, metasurfaces are bianisotropic structures, thus, representing very complex spatial and temporal discontinuity. Their synthesis is based on the generalized sheet transition conditions (GSTCs), which is calculated using distribution theory. As a result of this theory, they are modeled as a zero thickness structure. However, in the calculation of the scattering particles, using S-parameters or impedance matrices, they are mapped into proper unit-cell inclusions with sub-wavelength dimension. Bianisotropy and zero thickness imply discontinuity on both electric and magnetic fields, which is known as the general electromagnetic discontinuity problem. This consequence makes their analysis very complicated and undoable using conventional numerical techniques. Consequently, there has been a significant lack of an accurate and fully-numeric analysis method, which is covered by this manuscript. In this thesis, we perform an in-depth review of the classical boundary conditions and dis-cuss their limitations and conditions of applicability. GSTCs are derived and their usefulness is discussed. Then, we develop computational techniques in Finite Difference (FD) scheme for the analysis of the general electromagnetic discontinuity. We prove that the numerical techniques developed for the simple discontinuity, only electric field or magnetic field discontinuity, is a particular case of our development. The formulations are performed in both of the time and frequency domains and extended to the general case of dispersive, bianisotropic, space-time varying metasurfaces. We present the physical interpretation of the derived equations. At each chapter, we extend the method of the previous chapter and prove them by numerous illustrative examples, where the results are compared with the analytic solutions, specified fields or the approximate result of simulation software.