identifier: Drouin, Mathieu  (2013). Étude de stratégies visant à stimuler la production de protéase alcalines par Bacillus licheniformis en utilisation des boues d'épuration municipales comme substrat.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 294 p.

subject:
protéases alcalines
Bacillus licheniformis
prétraitement
boues d'épuration
biodégradabilité

abstract:
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Les présents travaux s'inscrivent dans le cadre d'un projet de recherche visant à mettre au point
un procédé de production de protéases alcalines performant et économique en utilisant des boues
d'épuration municipales comme substrat de production. Les protéases alcalines produites par des
microorganismes tels que Bacillus licheniformis comptent actuellement parmi les enzymes les
plus utilisées au niveau industriel. Par contre, l'emploi des enzymes est souvent limité par leurs
coûts de production élevés. li est donc indispensable que l'industrie parvienne à produire des
enzymes à moindres coûts. Comme une grande partie des coûts de production provient du milieu
de culture utilisé, l'emploi de milieux de culture moins coûteux est une solution à privilégier. À
ce propos, les boues d'épuration municipales, dont la disposition représente un défi sans cesse
grandissant auquel doivent faire face les sociétés, constituent un substrat prometteur. En effet, des
travaux antérieurs ont démontré que les boues d'épuration présentent un potentiel intéressant pour
la production de protéases. Néanmoins, de nombreux éléments devaient encore être étudiés et
optimisés.
D'une part, la composition du milieu de fermentation a une grande influence sur la production de
protéases. La composition des boues dépend de la composition des eaux usées et du type de
traitement des eaux appliqué. De plus, différents composés (ex: floculants, coagulants) sont
fréquemment ajoutés dans les eaux usées ou les boues afin d'améliorer les rendements épuratoires
des procédés de traitement des eaux, ce qui modifie la composition et les caractéristiques des
boues. Une partie de ce travail consistait donc à évaluer l'effet de ces paramètres sur la
production de protéases. Également, une proportion importante des nutriments potentiels des
boues est sous forme difficilement biodégradable et certaines caractéristiques physiques des
boues (présence de flocs, viscosité élevée) sont contraignantes pour la fermentation. Ainsi, ce
travail consistait aussi à évaluer le potentiel d'un pré-traitement (hydrolyse thermo-alcaline) des
boues visant à en améliorer les caractéristiques physiques et nutritionnelles pour la production de
protéases.
Les paramètres opérationnels (pH, aération, agitation) qui interviennent dans le procédé de
fermentation ont aussi un effet considérable sur la production de protéases. Une partie de ce
travail a donc consisté à en étudier leur impact afin de développer des stratégies de gestion
adaptées de ces paramètres visant à augmenter les rendements du procédé.
Afin de réaliser les objectifs fixés, de nombreux essais de fermentation ont été réalisés en
bioréacteurs de 7,5 et 15L, en utilisant comme substrat de fermentation des boues provenant des
stations d'épuration des villes de Québec et de Victoriaville.
Les résultats ont démontré que la présence de chlorure ferrique dans les boues de la ville de
Victoriaville, ajouté durant le procédé de traitement afin de favoriser l'enlèvement du phosphore,
ne semble pas avoir d'effet marqué sur la production de protéases. Par contre, l'ajout d'alun et de
polymères dans les eaux usées de la ville de Québec, afin de favoriser la floculation et la
décantation des particules, a eu un effet bénéfique (+16%) sur la production de protéases. Les
activités protéolytiques obtenues dans les boues de la ville de Québec ont été assez constantes
(-6% à +9%) d'un échantillon de boue à l'autre, alors que les activités protéolytiques obtenues
dans les différents échantillons de boues de la ville de Victoriaville ont présenté de plus
importantes variations (-22% à +32%).
Les travaux effectués dans les boues de la ville de Québec ont démontré qu'un milieu de culture
composé uniquement de boues ayant subi une hydrolyse thermo-alcaline (boues hydrolysées)
n'est pas souhaitable pour la production de protéases. En revanche, l'emploi d'un mélange (boues
MIX) de boues hydrolysées (25%) et non-hydrolysées (75%) a permis une augmentation
considérable de l'activité protéolytique, de l'ordre de 78%, en comparaison avec les boues
n'ayant pas subi de pré-traitement (boues RAW). Les protéases produites dans les boues RAW et
MIX sont actives sous une vaste gamme de pH et de température et ont généré un maximum
d'activité protéolytique à pH 10 et à T 55°C.
De faibles concentrations en cellules et production de protéases ont été obtenues en conditions de
pH non-contrôlé. En comparaison, les activités protéolytiques obtenues en conditions de pH
contrôlé ont été considérablement plus élevées. Dans les boues RAW, les activités protéolytiques
ont été 65% plus élevées lors de 1'emploi de NH40H en remplacement de NaOH pour le contrôle
du pH. À l'opposé l'emploi de CH3COOH en remplacement de H2S04 a fortement inhibé la
production de protéases et donc la combinaison NH40H/H2S04 a été trouvée la plus souhaitable.
Dans les boues MIX, l'emploi de NH40H a eu un effet inhibiteur sur la croissance et la
production de protéases, et donc la combinaison NaOH/H2S04 est celle qui a permis d'obtenir les activités protéolytiques les plus élevées.
Des fermentations ont été menées en employant plusieurs combinaisons de taux d'aération et
d'agitation, correspondants à des conditions de transfert d'oxygène faible, moyenne et élevée. Les
résultats ont démontré que la production de protéases est grandement stimulée (activité
protéolytique/cellule élevée) sous des conditions de transfert d'oxygène élevées (taux agitation et
d'aération élevés). Cependant, lorsque de telles conditions ont été maintenues tout au long de la
fermentation, de faibles concentrations en cellules ont été obtenues, affectant négativement les
activités protéolytiques. De plus, la formation abondante de mousse associée à des taux
d'agitation et d'aération élevés s'est avérée très problématique, particulièrement pendant les
premières heures de la fermentation. À l'opposé, la chute des concentrations en oxygène dissous
sous la barre des 10% de saturation lors de l'emploi de plus faibles taux d'aération et d'agitation a
fortement inhibé la production de protéases. L'emploi de conditions de transfert d'oxygène
variables (taux d'agitation et d'aération variables) tenant compte des résultats précédemment cités
à permis d'augmenter considérablement les activités protéolytiques tout en limitant la formation
de mousse pendant la fermentation.
La centrifugation du bouillon de fermentation permet de récupérer les enzymes dans le
surnageant des boues. Cependant, il a été démontré qu'une quantité appréciable de protéases
demeure adsorbée sur les solides des boues et n'est donc pas récupérée lors de l'étape de la
centrifugation. L'augmentation du pH du bouillon de fermentation de 7,5 à 10 avant la
centrifugation à permis une désorption efficace des protéases, résultant en des augmentations
d'activités protéolytiques de l'ordre de 11% et 12% dans les boues RAW et MIX, respectivement.
La combinaison de toutes les conditions (pH, agitation, aération, désorption) les plus favorables
pour la production de protéases dans les boues a permis d'augmenter considérablement les
activités protéolytiques obtenues: les protéases produites dans les boues RAW et MIX lors de
cette dernière série de fermentations ont généré des activités maximales de 66.74 U.I./ml et 80.93
U.I./ml, respectivement, à pH 10 et à T 55°C. Il a aussi été démontré que l'emploi des boues pour
la production de protéases permet une diminution importante du volume de boues résiduelles.

Abstract
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to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract.

The present work is part of a research project which is aimed at developing an effective and
economic protease production process using municipal wastewater sludge as raw material.
Alkaline proteases produced by microorganism such as Bacillus licheniformis are among the most
used industrial enzymes. However, the use of enzymes is often limited by their high production
costs. Thus, it is indispensible for industry to find cheaper ways to produce enzymes. As a great
part of production costs originate from the culture medium, the use of cheaper raw materials is an
interesting avenue. In this vein, municipal wastewater sludge, whose disposal is an increasing
challenge which many societies have to face, constitutes a promising raw material. Previous
works have showed that wastewater sludge represents a great potential for protease production.
Neverthe1ess, many elements still have to be studied and optimized.
First, the composition of the fermentation media is having a great influence on protease
production. The wastewater sludge composition depends on wastewater composition and on the
type of wastewater treatment applied. Also, various compounds (flocculants, coagulants) are
often added into wastewaters or sludge in order to increase the purification yie1ds of the treatment
processes, which can modify composition and characteristics of sludge. So, a part of this work
consisted in the evaluation of the effect of theses parameters on protease production. Also, a
significant portion of sludge potential nutrients is the parts of which are difficult to biodegrade,
and some sludge inconvenient physical characteristics (presence of flocks, high viscosity)
restrained the potential of sludge as a fermentation media. Thus, another part of this work was to
evaluate the potential of a pre-treatment (thermal-alkaline hydrolysis) to improve the sludge
physical and nutritional characteristics for protease production.
Moreover, the operational parameters (pH, aeration, agitation) in fermentation processes also
have a considerable effect on protease production. The impact of theses parameters was also
studied in order to increase protease production yields using activated sludge.
In order to attain the different fixed objectives, many fermentation essays were realized in 7.5 and
15 L bioreactors, using sludge from Québec and Victoriaville municipal wastewater treatment
plants.
With the Sludge from Victoriaville, the results demonstrated that the presence of ferric chloride,
added during the treatment process in order to favor phosphorus removal, did not affect protease
production. On the other hand, the addition of alum and polymers in Québec wastewaters in order
to favor the partic1es flocculation and sedimentation had a beneficial effect (+16%) on protease
production. The protease activities obtained in Québec sludge were fairly constant (-6% to +9%)
from one batch to another, whereas the protease activities obtained in the different sludge batches
from Victoriaville presented more considerable variations (-22% to +32%).
The results obtained in Québec sludge demonstrated that a fermentation medium consisting of
thermal-alkaline (hydrolyzed) pre-treated sludge only is not suitable for protease production. On
the other hand, the use of a mixture (MIX sludge) of hydrolyzed sludge (25%) and non-hydrolyzed sludge (75%) permitted a significant increase (78%) in protease activities, in
comparison with non-pretreated sludge (RAW sludge) only. The proteases produced in RAW and
MIX sludge are active under wide pH and temperature ranges and generated maximum protease
activity at pH 10 and T 55°C.
Low cell concentration and protease activities were obtained under uncontrolled pH conditions.
In comparison, the protease activities obtained under controlled pH conditions were considerably
higher. In RAW sludge, the proteases activities were 65% higher when NH40H was employed in
replacement of NaOH as pH-control agent. On the other hand, the use of CH3COOH in
replacement of H2S04 significantly inhibited protease production. Therefore, NH40H/H2S04 was
found the most suitable combination of pH-control agents. In MIX sludge, the use of NH40H had
an inhibition effect on cell growth and protease production and the NaOH/H2S04 combination
permitted to obtain the highest protease activities.
Fermentations were carried under different combinations of aeration and agitation rates, c1assified
as low, medium and high oxygen transfer conditions. The results demonstrated that protease
production was highly stimulated (high protease activity/cells) under high oxygen transfer
conditions (high aeration and agitation rates). However, when such conditions were maintained
throughout the whole fermentation, low cell concentrations and low protease activities were
obtained. Also, the abundant foam formation associated with high aeration and agitation rates was
a major concern, more particularly during the first hours of the fermentation. On the other hand,
the drop of dissolved oxygen concentrations below 10% when lower agitation and aeration rates
were employed strongly inhibited protease production. Thus, the use of variable oxygen transfer
conditions (variable agitation and aeration rates) taking into account the aforementioned results
permitted a significant increase in protease activities, as well as a better foam control during
fermentation.
At the end of the fermentation, the centrifugation of the fermentation broth allows the recovery of
the protease in the supernatant, but the present work demonstrated that an appreciable amount of
protease stay adsorbed on the solid fraction and is not recovered by the centrifugation step.
However, the increase of the fermentation broth pH from 7.5 to 10 before the centrifugation step
permitted a more efficient recovery of protease, resulting in increases of 1l % and 12% of
protease activity in RAW and MIX sludge, respectively.
The combination of all the aforementioned most suitable conditions for protease production in
sludge resulted in an important increase in protease activities: maximum protease activities
produced in RAW and MIX sludge under all the combined optimal conditions were 66.74 I.U./ml
and 80.93 I.U./ml, respectively, at pH 10 and T 55°C. It also have been demonstrated that the
protease production process from sludge allowed a considerable residual sludge volume
reduction.


identifier: Du, Yang-guang  (1999). Modélisation et contrôle opérationnel avancés de procédé de traitement des eaux usées: Applications des réseaux neuronaux artificiels.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 158 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject:
métaux lourds
lixiviation microbienne
modélisation
neuromimétique
boues d'épuration
eaux usées
réseau neuronal

abstract:
Cette thèse porte sur le développement de la modélisation et du contrôle opérationnel des
procédés de traitement des eaux usées, ce qui inclue les procédés par boues activées qui
vise à éliminer la matière organique des eaux usées ainsi que les procédés successifs de bio-
lessivage des métaux lourds présents dans les boues générées par les procédés par boues
activées. La technique du réseaux neuronaux artificiels ainsi que les autres techniques de
modélisation conventionnelles ont été utilisées pour le développement des systèmes.
En dépit du fait qu'une usine de traitement par boues activées de conception et de
fonctionnement appropriés est en mesure de procurer une très bonne performance et peut
respecter les normes d'épuration des eaux usées, le fonctionnement et le contrôle d'un
traitement biologique représente, de façon générale, un défi en raison de la complexité du
comportement du système. En réalité, la performance actuelle des procédés par boues
activées est loin d'être satisfaisante en général (Marsili-Libelli, 1989). Pour s'attaquer à une
partie des problèmes opérationnels, la recherche sur l'analyse et la prédiction des
paramètres de fonctionnement à l'état stationnaire des procédés par boues activées a été
réalisé à l'aide de la technologie des réseaux neuronaux. Un modèle neuronal pro-actif a été
formulé et entraîné avec des données obtenues à l'aide de simulations. Les résultats de
simulation montrent que le modèle neuronal développé possède un excellent potentiel pour
interpréter et prédire les relations complexes entre le taux de recyclage, le taux de purge de
boues et la charge organique d'alimentation à l'état stationnaire. L'approche du modèle par
réseaux neuronaux a aussi été utilisée pour prédire les paramètres de fonctionnement d'une
cuve de décantation secondaire d'une usine pilote de traitement par boues activées. Il est
important de noter que l'état stationnaire d'une usine de traitement par boues activées n'est
en réalité jamais atteint en raison des perturbations constantes du système. Un processus
peut être considérée comme étant à l'état stationnaire si on n'y observe aucune perturbation
majeure dans le système pendant une longue période de temps ainsi qu'en établissant une
moyenne pour éliminer le bruit de fond.
Une étude sur la dynamique du procédé par boues activées a également été entreprise. Une
dynamique particulière, mais très importante, est celle en condition de charge. Pour une
meilleure description de cette dynamique, le modèle du IAWPRC a été utilisé et modifié de
façon à ce que la réponse du système en condition de charge puisse être étudiée en tenant
compte de l'impact des caillots existants dans le système sur la dynamique du
comportement global du système. Une version simplifiée et détaillée du modèle de
floculation a donc été développée, où le taux utilisé était du même type que celui utilisé par
le groupe de travail du IAWPRC afin de représenter les cinétiques de réaction à l'intérieur
de la matrice de floculation. Le modèle du IAWPRC modifié intègre le transport de masse
intraparticulaire à l'intérieur du caillot afin de tenir compte de l'effet des limites de
diffusion sur l'oxydation du carbone et la nitrification qui a lieu à l'intérieur des caillots. La
méthode de collocation orthogonale a été utilisée pour trouver la solution du modèle de
floculation. Le concept du facteur d'efficacité globale des procédés par boues activées a
également été proposé et utilisé pour tenir compte de non seulement la grandeur du
coagulum mais aussi la distribution des dimensions des caillots. Afin de facilité la
simulation de la dynamique du système, la technique des réseaux neuronaux a été utilisée
pour prédire les facteurs d'efficacité globale. Un tel modèle neuronal a permis de réaliser
des études de simulation en condition de charge ou sous d'autres paramètres de
fonctionnement. Les résultats de simulation montre qu'une dynamique complexe risque
d'apparaître, à cause de l'effet de floculation, sous une condition de charge. Donc, une
stratégie de contrôle du procédé doit être conçue avec soin pour résoudre ces problèmes de
dynamique du système.
Afin d'améliorer la sécurité et la performance de ce traitement biologique des eaux usées, il
est important de développer des systèmes de prises de décisions assistés par ordinateur. Ce
système informatique intelligent est en mesure d'assister les opérateurs d'usine à résoudre
des problèmes qui se présentent quotidiennement. Plus particulièrement, il faut être en
mesure de prédire et comprendre de façon heuristique une des plus importantes variables du
procédé par boues activées, l'âge des boues. Il faut noter que la technique conventionnel
par réseaux neuronaux est puissante car elle peut apprendre à représenter des données dont
les tendances sont complexes. Néanmoins, il y a des limites à la réalisation de raisonnement
heuristique du problème. En revanche, l'utilisation des règles logiques excelle dans ce
domaine mais sont généralement faible en ce qui concerne l'acquisition de connaissances.
Dans ce travail, afin de tirer profit des deux méthodes, les techniques de réseau neuronal et
de logique floue ont été combinées pour développer un modèle neuronal flou. Les résultats
de simulation montrent que ce modèle neuronal flou est capable d'extraire les règles floues
d'un ensemble de données numériques qui peut être utilisé pour réalisé un raisonnement à
caractère heuristique.
Finalement, une stratégie avancée de fonctionnement a été développée dans ce travail pour
déterminer la durée optimal de bio-lessivage des métaux lourds contenus dans les boues. La
clé à la résolution de problèmes de fonctionnement réside dans le développement d'un outil
de prédiction en temps réel de la solubilisation des métaux. Il faut noter que le procédé de
bio-lessivage par oxydation du soufre pour l'enlèvement des métaux, est un procédé
biologique complexe. La solubilisation du métal est atteinte plus ou moins rapidement
selon le type de boues impliqué, la baisse du pH et la concentration initiale des métaux
présents dans les boues. En outre, la température du système exerce une influence indirecte
mais importante par son effet sur la croissance bactérienne et le processus de production
d'acide. Il serait très difficile, voire même impossible de prédire la solubilisation des
métaux dans les boues en utilisant le premier modèle principal. Pour ce faire, un modèle par
réseau neuronal a été développé à l'aide d'une grande quantité de données obtenues en
laboratoire, en utilisant seulement les valeurs de pH mesurées en continue et la
concentration initiale de métaux. La stratégie a été formulée en utilisant la technique de
filtrage étendue de Kalman et le modèle neuronal développé. Pour l'étude de cas, six heures
sur un total de 120 heures ont été épargnées par l'utilisation de cette méthode.
En résumé, l'objectif principal de cette thèse est de développer une méthodologie intégrant
les techniques de modélisation conventionnelles et les réseaux neuronaux pour modéliser et
contrôler les procédés de traitement des eaux usées.


identifier: Dubois, Maïtée  (2008). La répartition subcellulaire du cadmium et du sélénium chez deux invertébrés benthiques: évolution temporelle et relation avec le transfert trophique vers un insecte prédateur.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 110 p.

subject:
cadmium
sélénium
éléments traces
proies
Chironomus  riparius
Tubifex tubifex
sédiment contaminé
Sialis velata

abstract:
La prise en charge des éléments traces par les prédateurs aquatiques peut-être expliquée en partie
par la distribution de ces contaminants dans les cellules de leurs proies. Les mécanismes de
détoxication étant spécifiques aux espèces, nous avons déterminé si l'assimilation du cadmium
(Cd) et du sélénium (Se) par un prédateur aquatique, la mouche des aulnes Sialis velata
(Mégaloptère), différait selon deux types de proies, l'insecte Chironomus riparius (Diptère) et
l'oligochète Tubifex tubifex. Nous avons exposé ces deux espèces de proies dans des sédiments
contaminés au Cd ou au Se pour une période allant jusqu'à 28 jours, et avons fractionné ces proies
par une série de centrifugations différentielles afin de déterminer la distribution du Cd et du Se
dans leurs cellules.
Le cadmium chez T. tubifex était distribué comme suit (pour tous les temps confondus, moyenne ±
ES) : débris (35% ± 3%) > organites (27% ± 3%) > protéines dénaturées par la chaleur (HOP, 22% ± 1%)
> protéines stables à la chaleur (HSP, 12% ± 1%) > granules (2% ± 0.5%), alors que chez C. riparius
les proportions étaient: HOP (39% ± 8%) - HSP (37% ± 10%) > débris (13% ± 2%) > organites (5% ±
0.3%) - granules (5% ± 2%). Ces proportions ont peu varié dans le temps chez les deux taxons de
proies. le prédateur a assimilé le Cd à partir des deux types de proies et les efficacités
d'assimilation étaient plus grandes avec la diète d'insecte (72% ± 5%) qu'avec la diète d'oligochète
(46% ± 3%). Ces efficacités d'assimilation correspondaient à la somme des fractions des proies qui,
pense-t-on, sont disponibles au prédateur, c'est-à-dire la somme des fractions des organites, des
HOP et des HSP. Cependant, afin d'obtenir une relation 1:1 entre l'assimilation du Cd par le
prédateur et la distribution subcellulaire du Cd chez les proies, nous avons dû assumer
qu'approximativement la moitié du Cd associé à la fraction organites de T. tubifex est présente
sous forme de particules qui ne sont pas disponibles à la digestion par le prédateur. Les mesures de
Cd dans les fèces du prédateur ont appuyé cette assomption. En somme, le Cd a été transféré
efficacement entre les deux niveaux trophiques et la proportion assimilée par le prédateur a pu
être prédite en se basant sur la distribution subcellulaire du Cd dans les cellules des proies.
Sialis velata a assimilé plus de la moitié du sélénium (Se) présent dans les deux types de proies;
soit 70% ± 7% du Se chez Tubifex tubifex et 62% ± 7% du Se chez Chironomus riparius. le protocole
de fractionnement a aussi montré que la distribution du Se au sein des fractions subcellulaires des
proies a peu varié dans le temps d'exposition, ce qui était en accord avec l'observation que la
durée d'exposition des proies au Se avait peu d'influence sur l'assimilation par le prédateur. la
fraction potentiellement disponible au prédateur (organites + HOP + HSP) était similaire pour les
deux types de proies (-62%) et on a pu obtenir une approximation de la portion de Se transférée au
prédateur. Or, la prédiction du transfert du Se s'est avérée moins efficace que dans les
expériences avec le Cd. la facilité avec laquelle le Se a pu être transféré entre les niveaux
trophiques confirme d'autres observations en nature portant sur les poissons vivant dans des eaux
contaminées au Se et qui, via leur diète, font face à un risque élevé d'exposition à cet élément
trace.


identifier: Dubos, Véronique  (2001). Validation des vitesses d'un modèle hydrodynamique bidimensionnel: Prise en compte de la variabilité des profils verticaux des vitesses par un terme de dispersion.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 109 p.

subject:
HYDROSIM
modèle mathématique
modèle numérique
eau
vitesse
faible
forte
profondeur
profil veritcal
Saint-Venant

abstract:
Lors d'une étude sur le transport de sédiments, la rivière des Escoumins a été modélisée
par HYDROSIM. C'est un modèle de calcul hydrodynamique qui résout les équations de
Saint-Venant, bidimensionnelles horizontales, par la méthode des éléments finis. Le tronçon
de la rivière étudié, comporte une section d'entrée rectiligne suivie d'un coude avec
une topographie assez complexe qui comporte une barre à l'intérieur du coude, et une
mouille à l'extérieur de celui-ci. Malgré une bonne calibration du modèle en niveau d'eau
et en débit, les vitesses simulées se sont avérées mal distribuées par rapport aux vitesses
mesurées sur le domaine. Les vitesses en faible profondeur, au-dessus de la barre, tout à
l'intérieur de la courbe, sont surestimées par le modèle, tandis que les vitesses en forte
profondeur, au niveau de la mouille, sont sous-estimées.
Les paramètres de calibration du modèle numérique ont tout d'abord été vérifiés. Ils ont
montré qu'une bonne calibration du modèle permettait d'améliorer grandement les résultats
sur les vitesses. Cependant, la tendance des résultats présentait toujours une surestimation
des vitesses en faible profondeur ainsi qu'une sous-estimation des vitesses en forte
profondeur. Les hypothèses du modèle numérique, comme la formulation et la prise en
compte de la ligne de séparation entre les zones inondées et exondées, ne sont pas responsables
de la mauvaise distribution des vitesses.
Les simplifications utilisées dans les équations de Saint-Venant ont ensuite été étudiées.
Nous avons jugé que l'hypothèse du profil vertical uniforme des vitesses pouvait être restrictive
dans notre cas. Afin de le vérifier, les équations du mouvement ont été re-établies
sans supposer l'uniformité des profils verticaux. L'influence de la variabilité des profils
verticaux des vitesses a alors été introduite dans le modèle sous forme d'un terme dispersif.
Les termes dispersifs ont été calculés explicitement pour la rivière des Escoumins
ainsi que sur un canal courbe de 270°, à partir des profils verticaux mesurés dont nous
disposions. La variabilité générale des vitesses s'est trouvée améliorée sur le canal courbe,
tandis que sur la rivière, les résultats se sont avérés moins bons que ceux obtenus
avec l'hypothèse de l'uniformité des profils verticaux. Ces résultats nous ont permis de
conclure que les termes dispersifs devaient être introduits de façon anisotrope.
L'introduction des termes dispersifs anisotropes, issus de la variabilité des profils verticaux
mesurés, ayant donné des résultats prometteurs, nous avons tenté de modéliser ces
termes à l'aide de variables connues. La paramétrisation a été choisie en fonction de
l'hydraulique de l'écoulement ainsi que par expérimentation numérique. Les valeurs des
vitesses, obtenues avec la combinaison de paramètres optimaux, sont très légèrement
améliorées sur la rivière tandis que sur le canal, l'amélioration se situe surtout dans la
variabilité de l'écoulement. Nous obtenons donc un modèle simple, ne modifiant pas les
équations résolues par HYDROSIM, capable de représenter les transferts de convection
dans des cas à la limite de validité des équations de Saint-Venant. Quelques limitations et
des perspectives de recherche sont également présentées.


identifier: Dubreuil-Boisclair, Camille  (2013). Modélisation stochastique du réservoir d'hydrates de gaz de Mallik.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 132 p.

subject:
réservoir
hydrate
gaz de mallik
pergélisol
donnée sismique
3D
forage

abstract:
Les hydrates de gaz sont des structures cristallines solides où des molécules d'eau à liaisons
d'hydrogènes piègent des molécules de gaz, principalement du méthane. Ils sont présents à
travers le monde, sous les marges continentales ainsi que sous le pergélisol. Les hydrates
de gaz renferment d'énormes quantités de méthane et sont stables sous certaines conditions
spécifiques de pression-température. Hors de ces conditions, le méthane est relâché dans les
fonds océaniques et dans l'atmosphère. La recherche sur les hydrates de gaz est en pleine
expansion à la fois dans pour des raisons environnementales et géologiques qu'économiques.
L'abondance et la vaste des hydrates de gaz, combinée à la demande sans cesse croissante
en énergie, rend cette ressource énergétique potentielle attrayante, tout en soulevant des
questions scientifiques sur son éventuelle exploitation ainsi que sur son impact potentiel sur
le réchauffement global. Ainsi, plusieurs pays, dont les États-Unis, le Canada, l'Allemagne,
le Japon, l'Indes et la Norvège, ont établis des programmes de recherche afin de mieux
comprendre cette ressource.
Ce projet de recherche doctoral se concentre sur un réservoir d'hydrates de gaz, appelé Mallik,
situé dans les Territoires du Nord-Ouest, au Canada. Ce réservoir d'hydrates de gaz se
trouve aux abords du Delta du Mackenzie, dans la zone non-consolidée, sous 600 mètres de
pergélisol. La présence d'hydrates de gaz a été détectée dans les années 70. Plus récemment,
trois programmes de recherche internationaux ont permis de recueillir une foule de données
géophysiques, géologiques et géochimiques afin de mieux comprendre le comportement des
hydrates de gaz dans cette région. Ainsi, l'objectif principal de ce projet est de modéliser ce
réservoir d'hydrates de gaz à l'aide de données sismiques 3D inversées pour les impédances
acoustiques ainsi que de données provenant de deux forages qui traversent entièrement la
zone de stabilité des hydrates. Ces forages ont traversé trois couches riches en hydrates entre
850 m et 1100 m de profondeur, correspondant à la limite de la zone de stabilité des hydrates
pour la région.
Une approche stochastique bayésienne a été adoptée afin d'incorporer toutes les données
disponibles dans les modèles et de pouvoir tenir compte de leur l'incertitude. C'est une
méthode de simulation séquentielle, développée dans les années 90, qui consiste à actualiser
une distribution a priori sur les paramètres d'intérêts, par de l'information corrélée à ces
paramètres. Un avantage majeur de cette méthode est que cette corrélation peut être de
n'importe quelle nature.
Ainsi, à l'aide des données en forages, une relation pétrophysique entre l'impédance acoustique
et la teneur en hydrates a été établie. Cette relation s'avérant être de nature bimodale,
l'algorithme de simulation a dû être modifié afin de sélectionner une famille, pour chacun
des points à simuler. On obtient donc plusieurs réalisations de la teneur en hydrates de gaz
sur l'ensemble du domaine couvert par les données sismiques 3D. Ces réalisations honorent
toutes les données de teneur le long des forages, la structure spatiale verticale de la teneur
ainsi que celle de l'impédance acoustique sur l'ensemble du cube.
Les résultats indiquent que l'impédance acoustique est un bon indicateur de la présence
d'hydrates de gaz et que l'algorithme de simulation adopté permet de reproduire les structures
riches en hydrates observées aux forages ainsi que la grande structure anticlinale présente dans
la région. De plus, la comparaison avec une tomographie acoustique, acquise à l'intérieur du
cube sismique, a permis de comparer les résultats de simulation obtenus à deux échelles
différentes. On observe que l'impédance acoustique 3D a des valeurs plus faibles que celles
obtenues à partir de la tomographie. Toutefois, les teneurs simulées à l'échelle grossière et
celles simulées à l'échelle de la tomographie sont de grandeur similaires. La position des
couches riches en hydrates sont aussi bien reproduites par la simulation à l'échelle grossière.
Finalement, l'ensemble des réalisations permet de calculer un volume moyen total en gaz
naturel contenu sous forme d'hydrates ainsi qu'une erreur associée à cet estimé. D'un point
de vue davantage axé sur l'exploitation, on s'intéresse aussi au volume connecté, à différents
seuils de teneur en hydrates, afin de mieux comprendre la distribution spatiale de cette
ressource. Les résultats indiquent que la couche d'hydrates de gaz située à la base de zone de
stabilité des hydrates est la plus riche et la plus continue. La continuité latérale de cette zone
semble même s'étendre au-delà du domaine étudié. Les deux zones plus en surface semblent
présenter beaucoup moins de continuité, être moins riches et plus dispersées. Cependant,
une acquisition sismique visant spécifiquement à imager des zones d'hydrates, et permettant
l'inversion pour l'impédance élastique, permettrait de caractériser ce réservoir avec plus de
précision.

Gas hydrates are ice-like crystalline structures of hydrogen-bounded water molecules in which
gas molecules, mainly methane, are trapped. Gas hydrates are found worldwide, under continental
shelves or in permafrost regions. An enormous amount of methane is contained within
gas hydrates, which are stable at specific high pressure and low temperature conditions.
Out of these conditions, the methane is released into the pore space of sediments and may
eventually escape into the atmosphere. Research on gas hydrates is growing regarding environmental,
geological and economic issues. The abundance and widespread distribution of
gas hydrates almost everywhere around the globe, combined with the growing demand for
energy, makes this potential energy resource attractive, but it also raises questions about its
exploitation and its potential impact on global warming. Thus, several countries, including
the United States, Canada, Germany, Japan, India and Norway have established research
programs to better understand this resource.
This doctoral research project focuses on a gas hydrate reservoir, called Mallik, located in
the Northwest Territories, Canada. This gas hydrate reservoir is located near the Mackenzie
Delta, in unconsolidated sediments, beneath 600 meters of permafrost. The presence of gas
hydrates was detected in this region in the 70s. More recently, three international research
programs have yielded a variety of geophysical, geological and geochemical data in order to
better understand the behavior of gas hydrates in this area. Thus, the main objective of
this project is to model gas hydrate grades in this reservoir using 3D seismic data inverted
for acoustic impedances as well as borehole logging data from two wells, which cross the
entire gas hydrate stability zone. These boreholes have intersected three highly saturated gas
hydrate layers between 850 m and 1100 m depth, just above the limit of the gas hydrate
stability field in this region.
A Bayesian stochastic approach was adopted in order to incorporate all available data into
the models and take their respective uncertainties into account. The approach is a sequential
simulation method developed in the 90s, which consists in updating a prior distribution on
the parameters of interest with the information correlated with these parameters. A major
advantage of this method is that this correlation can be of any nature.
A petrophysical relationship between the acoustic impedance and gas hydrate grade was
established from the well-log data. However, due to the bimodal nature of the established
relationship, the classical Bayesian simulation algorithm had to be modified in order to select
a family, for each point to simulate. Applying this method, we obtained several realizations of
gas hydrate grades over the entire area covered by 3D seismic data. These realizations honor
all well-log data, the vertical spatial structure of the grades as well as that of the acoustic
impedance over the entire seismic cube.
Results indicate that the acoustic impedance is a good indicator of the presence of gas hydrates
and that the proposed simulation algorithm can reproduce the gas hydrate layers
observed on the well-logging data as well as at the crest of the large anticlinal structure
mapped in this region. Furthermore, results from an acoustic tomography acquired between
the two main Mallik gas hydrate wells were used to compare the simulation results obtained
at two different scales. In general, the 3D acoustic impedance values are lower than values
obtained from the tomography inversion. However, the simulated grade values at the coarse
scale and those simulated at the fine tomography scale are of similar magnitudes. The positions
of the hydrate-rich layers are also well reproduced by the simulation at the coarse
scale.
Finally, all realizations are used to calculate an average volume of total gas content in the
Mallik gas hydrate field, and the error associated with this estimate. From an exploitation
perspective, we also determined the connected volumes at different levels of gas hydrate
grades in order to better understand the spatial distribution of this resource. Results indicate
that the gas hydrate layer at the base of the hydrate stability zone is the richest and most
continuous. The lateral continuity of this zone appears to extend beyond the study area.
Both layers located at shallower depths are significantly less continuous, more dispersed and
characterized by lower gas hydrate grades. Moreover, a more accurate gas hydrate reservoir
characterization could be obtained with 3D seismic data acquired specifically to image gas
hydrate areas, including a survey design allowing for elastic impedance inversion.


identifier: Duchaine, Doris  (1998). Cartographie de la vulnérabilité des eaux souterraines à la pollution (par l'intégration d'un SIG, de la télédétection et d'un modèle mathématique).  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 95 p.

subject:
cartographie
eaux souterraines
pollution
SIG
EvaRisk
télédétection
modèle mathématique

abstract:
Bien que les eaux souterraines ne constituent pas la principale source d'approvisionnement de la
population québécoise, les problèmes croissants de qualité des eaux de surface forcent les
municipalités à se tourner vers celles-ci. Progressivement, on assiste donc à une demande
grandissante pour un approvisionnement en eau souterraine. La cartographie de la vulnérabilité
des nappes d'eau souterraine permet d'évaluer et de prévenir les risques de contamination.
L'utilisation des systèmes d'information géographique (SIG) permet d'augmenter la rapidité et
la précision de la cartographie, principalement en ce qui concerne l'occupation du sol.
L'occupation du sol est un paramètre qui nous est fourni par la télédétection. La télédétection
permet d'avoir une mise à jour de l'information sur une base régulière, ce qui est important pour
la cartographie de l'occupation du sol, étant donné que l'information change, dans certains cas,
annuellement. L'image satellite utilisée provient du capteur TM (Thematic Mapper) du satellite
LANDSAT(Land satellite). Cette image a été prise le 23 août 1994. Idrisi est le SIG utilisé lors
de cette étude. Les paramètres couplés avec le modèle mathématique EvaRisk permettent une
évaluation des quantités d'eau, d'azote et d'atrazine infiltrées dans le sol. Par la suite, les calculs
de concentrations peuvent être faits et une cartographie peut être réalisée. Puis, une carte
représentant les épaisseurs d'argile est superposée aux cartes de concentrations et à la carte
d'infiltration des eaux permettant une cartographie plus précise des concentrations risquant de
se retrouver dans les eaux souterraines. Le territoire d'application situé dans la région
environnante de Mirabel contient deux unités hydrogéologiques couramment rencontrées au
Québec, soit les Basses-Terres du St-Laurent et le Bouclier canadien


identifier: Duchesneau, Martin  (1993). Échange neige-atmosphère et profil physico-chimique de la neige en période froide (<0° C).  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 144 p.

subject:
acide
atmosphère
chimie
dépôt
flux
froid
gazeux
interaction
métamorphisme
migration
neige
nitrate
nitrique
nival
période
physique
profil
simulation
sulfate
variation
lac Laflamme
Agassiz
Ellesmere

abstract:
Cette recherche porte sur l'étude des profils physico-chimiques, sur
les interactions possibles à l'interface neige-atmosphère et sur la conceptualisation
et la fabrication d'un simulateur physique de couvert nival.
Dans la première partie, les études préliminaires au lac Laflamme visaient
le développement de la méthodologie sur le terrain. Notre étude nous
a menés à choisir des sacs en mailles de polyéthylène et de polypropylène
au lieu de ceux de Nylon qui pourraient biaiser nos résultats. Les résultats
nous montrent la présence d'acide nitrique gazeux dans les espaces d'air
interstitiels lors du métamorphisme des cristaux de neige.
Dans la deuxième partie, les études étaient séparées en deux
étapes; l'étude des profils physico-chimiques et la mesure des flux des espèces
chimiques à l'interface neige-atmosphère. Ces études ont été faites
sur la calotte de glace Agassiz, Ile d'Ellesmere, Territoires du Nord-Ouest.
Nos résultats montrent pour les profils physico-chimiques une variation
saisonnière où l'on retrouve les concentrations les plus élevées en hiver
et les plus faibles en été. Pour la mesure des flux à l'interface neige-atmosphère,
on obtient comme résultat aucune perte d'espèces chimiques
vers l'atmosphère mais des gains nets probablement dus aux dépôts secs.
On a mesuré la vitesse de dépôt sec du nitrate et du sulfate. Pour le sulfate,
on retrouve des vitesses semblables à celles trouvées par d'autres chercheurs.
Pour le nitrate, nos vitesses mesurées sont plus faibles. Nous avons
attribué cette baisse à une possibilité de réémission d'acide nitrique lors du
métamorphisme des cristaux de neige ou à des réactions photochimiques à
l'interface neige-atmosphère.
Pour la troisième partie, l'étude portait sur le simulateur de couvert nival
au laboratoire. Nos résultats montrent qu'il y a eu du métamorphisme
des cristaux de neige lorsqu'on a appliqué un gradient de température de -
30° C m⁻¹. Les résultats démontrent aussi une possibilité de migration des
espèces chimiques dans le couvert nival mais aucune perte vers l'atmosphère


identifier: Dufréchou, Grégory  (2011). Origine et implications tectoniques de structures transverses profondes interprétées à partir de données de champ potentiel, province de Grenville, Canada.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 333 p.

subject:
structures transverses crustales
orogène
géologie
lithosphère
roches intrusives
tectonique
fluides
formation
Grenville

abstract:
Cette thèse propose à partir d'une approche initiale régionale de vérifier l'influence des
structures profondes pendant des événements tectoniques dans le SO de la Province de
Grenville au Québec et leur implication locale dans la déformation, le magmatisme et la
formation de zones minéralisées. Elle est basée sur l'interprétation de données de champ
potentiel régionales et combinée avec les résultats d'une étude gravimétrique détaillée, de
l'interprétation d'un levé aéromagnétique haute résolution et d'une étude de terrain.
L'analyse des données de l'anomalie gravimétrique de Bouguer a permis d'identifier une série
de linéaments transverses à la direction générale de l'orogène grenvillien dans la Province de
Grenville du SO du Québec. Ces linéaments sont interprétés comme des failles formées dans
l'actuel socle archéen de la Province de Grenville. Le scénario tectonique envisagé propose
que les failles de socle se sont (i) formées durant un premier épisode de rifting
paléoprotérozoïque lors de la séparation entre les cratons du Supérieur et du Wyoming il y a
2.48 Ga, puis (ii) réactivées en failles de transfert durant un second épisode de rifting lors de la
séparation entre le craton du Supérieur et les cratons de Karelia et de Kola (Baltica) il y a
2.17 Ga. Ces failles de transfert paléoprotérozoïques ont supposément été réactivées en
contexte de marge continentale active et lors de la formation de bassins ou de rifts d'arrière-arc
débutant vers 1.4 Ga, le long de la marge laurentienne. Le promontoire formé par la ceinture
parautochtone au SO du Québec pourrait résulter d'une géométrie irrégulière de la zone de rift
paléoprotérozoïque.
La plus profonde de ces structures transverses, le linéament de Mont-Laurier, correspond à une
discontinuité lithosphérique identifiable sur l'imagerie de tomographie sismique, qui se prolonge
au NO dans la Province du Supérieur et au SE dans la plate-forme du Saint-Laurent et dans
l'orogène des Appalaches. Le linéament de Mont-Laurier est interprété comme le prolongement,
dans la marge archéenne de Laurentia, de la limite entre les cratons de Kola et de Karelia.
Le linéament de Portneuf est une discontinuité crustale transverse qui recoupe la Province de
Grenville au NE du linéament de Mont-Laurier, mais qui ne se prolonge pas dans la Province du
Supérieur. Le linéament de Portneuf pourrait avoir la même origine que le linéament de Mont-Laurier,
mais pourrait aussi résulter d'un changement de pendage de la croûte en subduction
lors de l'accrétion d'un arc à la marge laurentienne. Son association spatiale avec des zones
minéralisées en Ni-Cu ± EGP dans le terrain de Portneuf-Mauricie suggère une possible
implication dans leur formation.
Dans la Province de Grenville au SO du Québec, les failles transverses paléoprotérozoïques
ont joué un rôle important dans: (i) la mise en place de roches intrusives et le dépôt
sédimentaire en contexte d'arrière-arc le long de la marge laurentienne; (ii) la géométrie des
nappes de charriage et des plis formés au cours de chevauchements durant l'orogenèse
elzévirienne entre 1.25-1.19 Ga; (iii) la déformation dans la ceinture métasédimentaire centrale
au Québec, lors de l'effondrement post-orogénique entre 1.19 et 1.17 Ga; et (iv) durant une
période de chevauchement précédant ou contemporaine à la mise en place des plutons de la
suite anorthosite-mangerite-charnockite-granite de Morin vers 1.17 Ga.
La ceinture métasédimentaire centrale au Québec, un terrain allochtone dominé par des unités
de marbre et de quartzite, est caractérisée par un partitionnement et une différentiation de la
déformation suivant différents niveaux de la croûte. Un mégakink de 100 km de large orienté
NO-SE s'est formé le long des linéaments transverses dans les nappes supérieures (15
premiers km de profondeur). Le mégakink de la ceinture métasédimentaire centrale au Québec
s'est créé contemporainement et est l'expression en surface du déplacement senestre le long
des couloirs de 10-20 km de large correspondant aux corridors de cisaillement de Roddick et de
Mont-Laurier dans les nappes inférieures (~ de 15 à 25 km de profondeur) lors d'un
effondrement différentiel post-elzévirien le long de la rampe Baskatong entre 1.19 et 1.17 Ga.
La mise en place des plutons de la suite intrusive de Chevreuil entre 1.17-1.16 Ga dans la
ceinture métasédimentaire centrale au Québec s'est faite à la fin de l'effondrement et lors d'un
raccourcissement crustal précédant et en conséquence de la mise en place des plutons de la
suite anorthosite-mangérite-charnockite-granite de Morin.
Le complexe gneissique de Bondy, un dôme gneissique dont les lithologies se sont formées
entre 1.4-1.35 Ga en contexte d'arc, dans la ceinture métasédimentaire centrale au Québec est
traversé par la zone de cisaillement de Mont-Laurier Sud. Cette zone de cisaillement
correspond à un couloir en décrochement de mouvement apparent senestre de 6 km de large
orienté NO-SE comprenant plusieurs cisaillements profonds (≥ 500 m), selon les modèles de
zone de décrochement. La zone de cisaillement de Mont-Laurier Sud aurait été active à
plusieurs reprises durant l'histoire du complexe gneissique de Bondy: (i) avant le
métamorphisme de haut grade où elle aurait permis la migration de fluides impliqués dans la
formation d'un système hydrothermal et de zones minéralisées; (ii) après le métamorphisme de
haut grade où elle aurait contrôlé la mise en place des plutons de la suite intrusive de Chevreuil
et une deuxième période de minéralisation ou de remobilisation. Un levé gravimétrique couvrant
la partie N du complexe gneissique de Bondy a permis d'identifier plusieurs anomalies
gravi métriques résiduelles qui correspondent à des plutons mafiques ou intermédiaires des
suites intrusives de Chevreuil ou de Rolleau. Une large anomalie gravimétrique résiduelle, qui
englobe une partie d'un système d'altération enrichi en magnétite, pyrite, pyrrhotite et
chalcopyrite, ne correspond pas à un pluton cartographié et pourrait être due à (i) un pluton
mafique à intermédiaire post-pic du métamorphisme de la suite intrusive de Chevreuil ou de
Rolleau (l'interprétation préférée), ou alternativement (ii) à une intrusion mafique à intermédiaire
pré- à syn-pic du métamorphisme ou (iii) à une forte concentration de magnétite et sulfure
proche de la surface.

Abstract

This thesis documents the influence of deep crustal to upper mantle structures interpreted from
regional potential field data, combined with the results of detailed gravity, aeromagnetic and
structural field studies, on regional- to local-scale deformation, magmatism, and the formation of
mineralized zones during the tectonic evolution of the Grenville Province in SW Quebec.
A series of lineaments transverse to the trend of the Grenville orogen in the Grenville Province
of SW Quebec is interpreted from Bouguer gravity anomaly data. These lineaments are thought
to represent faults or shear zones in Archaean basement to allochthonous terranes of the
Grenville Province (i) formed during a first episode of Palaeoproterozoic rifting between the
combined Superior - Kola-Karelia cratons and the Wyoming craton at ca. 2.48 Ga subsequently
(ii) reactivated as transfer faults during a second episode of rifting culminating in separation of
the Superior and Karelia-Kola cratons at ca. 2.17 Ga. Palaeoproterozoic transfer faults are
thought to have been reactivated during development of back-arc rift basins at ca. 1.4 Ga along
the continental Laurentian margin. The promontory formed by the parautochthonous belt in SW
Quebec is interpreted as reflecting the irregular geometry of this Palaeoproterozoic rift.
The most prominent and deepest transverse structure, the Mont-Laurier lineament which
extends NW into the Superior Province and SE to the St Lawrence Platform and Appalachian
Orogen, is also identified on seismic tomographic imagery and hence represents a lithospheric
discontinuity. The Mont-Laurier lineament is interpreted as an extension of the boundary
between the Kola and Karelia cratons preserved within Archaean basement along the
Laurentian margin.
The Portneuf lineament is a transverse crustal discontinuity that crosses the Grenville Province
NE of the Mont-Laurier lineament but which does not continue into the Superior Province. The
Portneuf lineament may have the same origin as the Mont-Laurier lineament, but may also
potentially result from a change in dip of the subduction zone during arc development along the
Laurentian margin. Its spatial association with Ni-Cu ± PGE mineralization in the Portneuf-Mauricie
terrane suggests a possible causal relationship between the two.
Transverse Palaeoproterozoic faults in the Grenville Province of SW Quebec have exerted a
significant role on: (i) controlling the emplacement of intrusive rocks and of sedimentary basins
in a back-arc environment along the Laurentian margin, (ii) the geometry of thrust sheets and
folds developed during ca. 1.29-1.19 Ga Elzevirian orogenesis, (iii) deformation of the Central
Metasedimentary Belt of Quebec during ca. 1.19 and 1.17 Ga post-orogenic collapse, and (iv)
during thrusting preceding and/or contemporaneous with emplacement of the ca. 1.17 Ga Morin
anorthosite-mangerite-charnockite-granite suite plutons.
The Central Metasedimentary Belt of Quebec, a terrain dominated by allochthonous marble and
quartzite units upon a gneissic substrate , is characterized by ditferences in deformation
response and strain partitioning at different crustal levels. A 100 km wide, NW-SE trending
megakink affecting the uppermost thrust sheet (≥ 15 km) between transverse lineaments is
identified. Megakinking is contemporaneous with, and an upper-Ievel expression of, sinistral
displacement along the 10-20 km wide Roddick and Mont-Laurier deformation corridors in
lowermost (ca. 15 to 25 km deep) nappes. These structures developed above Archaean
basement faults during differential collapse along the Baskatong ramp between 1.19 and
1.17 Ga. Emplacement of the Chevreuil intrusive suite plutons in the Central Metasedimentary
Belt of Quebec between 1.17-1.16 Ga started at the end of this collapse stage and continued
during renewed crustal shortening during emplacement of the Morin anorthosite-mangerite-charnockite-
granite suite plutons.
The Bondy gneiss complex in the Central Metasedimentary Belt of Quebec (a gneiss dome
comprising arc rocks formed between 1.4-1.35 Ga) is cut by brittle-ductile shear zones of the
Mont-Laurier Sud shear zone that constitutes a ca. 6 km wide, NW-SE oriented sinistral wrench
system. The Mont-Laurier Sud shear zone appears to have affected rocks of the Bondy gneiss
complex (i) prior to high-grade metamorphism, focussing hydrothermal fluid migration during
early mineralization, and (ii) after the high-grade metamorphism where it appears to have
localized emplacement of Chevreuil intrusive suite plutons and mineralized zones formed during
a second period of mineralization and/or remobilization. A detailed ground gravity survey over
the Bondy gneiss complex has identified several positive gravity anomalies that coincide with
Chevreuil and Rolleau mafic and intermediate intrusive rocks. A large positive gravity anomaly
over a portion of a metamorphosed hydrothermal system and associated magnetite, pyrite,
pyrrhotite, and chalcopyrite mineralization identified during this study does not correspond to
any mapped intrusive and may be due to (i) a post peak- metamorphic unexposed mafic to
intermediate intrusion of the Chevreuil or Rolleau intrusive suite (the preferred interpretation), or
alternatively (ii) a pre- to syn- metamorphic mafic to intermediate intrusion, or (iii) directly
reflects a subsurface body of magnetite and sulphide mineralization.


identifier: Delpit, Séverine  (2013). Du Maar au Diatrème: les champs volcaniques de Pali Aike (Argentine) et Missouri River Breaks (États-Unis) = From Maar to Diatreme: Pali Aike (Argentina) and Missouri River Breaks (United-States) volcanic fields.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 320 p.

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subject:
champs volcaniques
maar
diatrème
kimberlite
granulométrie
stéréologie
Pali Aike
Missouri River Breaks
Argentine
États-unis

abstract:
Ce projet de doctorat traite de certains processus éruptifs des maars-diatrèmes. Ces
volcans monogéniques, de composition felsique à ultramafique, représentent le second type de
volcan subaérien le plus commun après les cônes de scories. Leur structure se divise en deux
parties principales: (i) le maar qui comprend le cratère, recoupant la surface pré-éruptive, et
l'anneau de matériel pyroclastique composé de plusieurs lits d'épaisseur variable; et (ii) le
diatrème, la partie souterraine de forme conique, qui se compose d'une partie supérieure litée
et d'une partie inférieure non-litée. À la base du diatrème se trouve la zone de la racine («root
zone») : lien entre le dyke nourricier et la base du diatrème. La communauté volcanologique
internationale s'accorde sur l'origine phréatomagmatique de ces volcans: ils sont formés par
une multitude d'explosions engendrées par l'interaction du magma ascendant avec une source
d'eau externe. Toutefois, il existe une controverse quant à l'origine des diatrèmes
kimberlitiques, qui se formeraient soit par fragmentation magmatique à cause de l'abondance
de volatiles dans le magma, soit par fragmentation phréatomagmatique.
Les objectifs de ce projet étaient (i) de développer une méthode pour mesurer la
granulométrie d'échantillons volcanoclastiques consolidés; (ii) d'étudier le contrôle potentiel de
la nature du substrat sur la morphologie des maars-diatrèmes; (iii) de vérifier l'importance de la
subsidence syn-éruptive dans l'évolution des diatrèmes; et (iv) de contraindre le mode de
formation et de transport des pyroclastes juvéniles sub-sphériques à sphériques, communs
dans les diatrèmes ultramafiques. Qui plus est, l'étude de diatrèmes ultramafiques a permis une
comparaison entre ceux-ci et les diatrèmes kimberlitiques.
Deux sites d'étude ont été choisis afin de répondre à ces objectifs. D'abord, des maars
ont été investigués dans le champ volcanique plio-pléistocène Pali Aike (PA), de composition
basaltique alcaline à basanitique, dans le sud de l'Argentine. Puis, des diatrèmes ultramafiques
d'âge Éocène ont été étudiés dans le champ volcanique Missouri River Breaks (MRB), au
Montana (États-Unis). Pour chacun des sites, une étude de la morphologie des systèmes ainsi
qu'une étude détaillée des dépôts pyroclastiques ont été réalisées.
Les observations de terrain ont été associées à des analyses en laboratoire:
granulométrie, pétrographie et géochimie. Pour les dépôts consolidés, une méthode d'analyse
granulométrique par traitement d'images et stéréologie a été développée afin d'avoir des
données directement comparables aux données granulométriques d'échantillons meubles
obtenues par tamisage.
L'influence syn-éruptive du substrat sur les maars et les diatrèmes pourrait avoir été
surestimée dans la littérature. Les diatrèmes du champ volcanique MRB, mis en place dans un
substrat « mou », sont profonds (>1,3-1,5 km), larges, et leur parois sont abruptes ce qui est
plutôt typique d'un substrat rocheux: la partie profonde du diatrème n'est pas influencée
fortement par le substrat. Pour les maars, la difficulté est de séparer l'évolution post-éruptive de
la forme du cratère juste après l'éruption. Les maars du champ volcanique PA se sont mis en
place dans un substrat « mixte », mais leur morphologie semble avoir été plus affectée par des
processus post-éruptifs (érosion et subsidence) que par la nature du substrat au moment de
l'éruption.
La subsidence syn-éruptive est un mécanisme ayant été très actif durant la mise en
place des maars-diatrèmes du champ volcanique MRB. Les indices de terrain le démontrant
sont : le litage en auge dans les dépôts pyroclastiques, à grande profondeur par rapport à la
paléosurface; la présence de domaines de la roche encaissante à plus de 1 km de profondeur
par rapport à leur niveau d'origine; et les lits sédimentaires courbés dans le substrat en bordure
du diatrème. Toutefois, la subsidence syn-éruptive n'est pas forcément observable dans tous
les maars-diatrèmes à travers le monde, et la variation de l'importance de ce phénomène a des
implications pour les modèles de mise en place des diatrèmes.
Les pyroclastes juvéniles sub-sphériques à sphériques, souvent identifiés dans les
diatrèmes kimberlitiques - et donc supposés par plusieurs auteurs être formés par
fragmentation magmatique - se retrouvent aussi dans les dépôts pyroclastiques des diatrèmes
du champ MRB. L'absence de vésicules et le fait que de tels pyroclastes aient été recréés en
laboratoire par fragmentation phréatomagmatique prouvent qu'il est possible de les intégrer
dans le modèle phréatomagmatique de mise en place des diatrèmes du champ volcanique
MRB. Ces pyroclastes se forment suite à la fragmentation d'un magma peu visqueux dans le
diatrème et acquièrent une forme sphérique par tension de surface avant de refroidir
rapidement.
Les nombreux point communs mis en évidence entre les diatrèmes de composition
ultramafique du champ volcanique MRB et les diatrèmes de composition kimberlitique (classe
1) tels que: (i) une structure comparable; (ii) une composition ultramafique; (iii) du litage dans
les dépôts pyroclastiques; (iv) des colonnes de dépôts pyroclastiques non-litées; (v) des
domaines du substrat déplacés dans le diatrème; et (vi) la présence de pyroclastes juvéniles
sub-sphériques à sphériques, a conduit à l'hypothèse qu'une fragmentation phréatomagmatique
peut être également envisagée pour la formation des maars-diatrèmes kimberlitiques.

Abstract

This doctoral thesis addresses eruptive processes in maar-diatreme volcanoes. These
monogenetic volcanoes of felsic to ultramafic composition are the second most common type of
subaerial volcano after scoria cones. Their structure is divided into two major parts: (i) the maar,
a crater which cuts the pre-eruptive surface, surrounded by a tephra ring composed of several
beds of variable thicknesses; (ii) the diatreme, the cone-shaped subterranean part, which is
composed of an upper bedded part and a lower unbedded part. At the base of the diatrème, the
root zone marks the transition between the feeder dyke and the diatreme. The international
volcanology community agrees on the phreatomagmatic origin of these volcanoes: they form by
a series of explosions resulting from the interaction of rising magma with external water.
However, there is some controversy about kimberlitic diatremes which would result either from
magmatic fragmentation (due to excess volatiles in the magma) or from phreatomagmatic
fragmentation.
The objectives of the project were to (i) develop a method to measure the grain-size
distribution of consolidated volcaniclastic samples; (ii) study the potential control of the type of
substrate on maar-diatreme morphology; (iii) verify the importance of syn-eruptive subsidence
for the evolution of diatremes; and (iv) constrain the mode of formation and transport of juvenile
sub-spherical to spherical pyroclasts, common in ultramafic diatremes. In addition, the study of
ultramafic diatremes allows a comparison between them and kimberlitic diatremes.
Two study sites were chosen. First, maars were investigated within the Pali Aike volcanic
field (PAVF), of alkali basalt to basanitic composition, in southern Argentina. Then ultramafic
diatremes of Eocene age were studied in the Missouri River Breaks (MRB) volcanic field in
Montana (United States). For each site, the morphology of the volcanoes was characterized,
and a detailed study of the pyroclastic deposits was made.
Field observations were associated to laboratory analyses: grain-size, petrography and
geochemistry. For consolidated deposits, an image processing and stereology method has been
developed to obtain grain-size data directly comparable with sieving data from unconsolidated
samples.
The influence of the type of substrate, on maars and diatremes during the eruption may
have been overestimated in the literature. The MRB diatremes were emplaced in a soft
substrate yet they are deep (>1.3 km-1.5 km), wide, and steep, features supposedly more
typical of diatremes emplaced in a hard substrate. Clearly, the deep diatreme is not strongly
influenced by the type of substrate. For maars, the difficulty is to separate the post-eruptive
evolution from the crater shape just after the eruption. The PAVF maars are set in a mixed
substrate, but their morphology seems to be more influenced by post-eruptive processes
(erosion and subsidence) than by the type of substrate during the eruption.
Syn-eruptive subsidence was very active during the emplacement of the MRB diatremes.
Field evidence supporting this contention includes the saucer-shape bedding of pyroclastic
deposits to great depths from the paleosurface; the presence of country rock domains now
displaced more than 1 km down from their original levels; and the downward curvature of
sedimentary layers in the substrate near the walls of the diatremes. However, syn-eruptive
subsidence is not necessarily observable in ail maar-diatremes worldwide and variations in the
importance of this phenomenon have implications for diatreme emplacement models.
The sub-spherical to spherical juvenile pyroclasts often identified within kimberlitic
diatremes - and assumed by several authors to be formed by magmatic fragmentation - are
also found in the pyroclastic deposits of the MRB diatremes. The lack of vesicles and the fact
that such pyroclasts have been created in the laboratory as a result of phreatomagmatic
fragmentation show that it is possible to integrate them in a phreatomagmatic model for the
MRB diatremes. These pyroclasts are formed by fragmentation of low viscosity magma in the
diatreme and acquire their spherical shape due to surface tension, before cooling quickly.
The numerous common points between ultramafic diatremes of the MRB volcanic field
and kimberlitic diatremes (class 1) such as (i) a comparable structure; (ii) an ultramafic
composition; (iii) the presence of bedded pyroclastic deposits; (iv) the occurrence of columns of
unbedded pyroclastic deposits; (v) country rock domains displaced downwards in the diatreme;
and (vi) the presence of sub-spherical to spherical juvenile pyroclasts, leads to the idea that
phreatomagmatic fragmentation can be envisaged for kimberlitic diatremes too.


identifier: Shooner, Frédéric  (1996). Écologie microbienne de la biolixiviation thermophile des boues d'usines d'épuration des eaux usées domestiques.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 104 p.

subject:
écologie microbienne
biolixiviation thermophile
boue
usine d'épuration
assainissement
eaux usées domestiques
municipal


identifier: Roy, Robert  (1997). La toxicité de mélanges de métaux (AL, ZN), en conditions acides vis-à-vis du saumon de l'Atlantique Salmo Salar.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 266 p.

subject:
zinc
aluminium
acidité
ion
métal
poisson
saumon de l'Atlantique
Salmo salar

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue en PDF.

Le modèle de l'ion libre (MIL) suggère que la toxicité d'un métal est déterminée par la
concentration de l'ion libre M(H20)nz+ ou pour plus de simplicité, Mz+ (Pagenkopf, 1983; Morel et
Hering, 1993; Campbell, 1995). Le MIL attribue les effets biologiques d'un métal à ses
interactions avec un ligand cellulaire (L) localisé à la surface biologique (par exemple la membrane
branchiale) pour former un complexe M2+ -L-cellule. La réponse biologique, par exemple la
toxicité, est supposée proportionnelle à la concentration de ce complexe de surface, elle-même
proportionnelle à la concentration de l'ion libre dans le milieu.
Le but de ce travail a été de déterminer si la concentration de l'ion libre Al3+ détermine la toxicité
de ce métal dans les conditions suivantes: à trois concentrations du proton: pH 4.5, pH 4.8 et pH
5.2; en présence de concentrations sous-létales de Zn, à ces mêmes pH; et en présence de matière
organique dissoute (MOD) naturelle, à pH 5.0.
Les hypothèses ont été examinées dans des conditions représentatives de celles observées à la
période de la fonte des neiges dans les eaux des rivières de la Côte-Nord du Québec. L'approche
expérimentale a consisté à exposer des juvéniles de saumon de l'Atlantique (Salmo salar) à des
eaux douces reconstituées, à des pH acides dans la gamme de 4.5 à 5.2. Les solutions d'exposition
inorganiques ont été préparées par ajout de concentrations létales d'AI et sous-létales de Zn. Les
solutions organiques ont été préparées avec des concentrations d'AI et un acide fulvique naturel.
Comme démontré par d'autres études, il a été observé ici que la toxicité de l'aluminium
inorganique diminue à mesure que le pH diminue. Cependant, la présente étude révèle que la seule
connaissance de la concentration de l'ion libre ne permet pas de prédire les effets biologiques de
l'aluminium. Tout d'abord, les CL-50 déterminées à trois niveaux de pH sont différentes, même
lorsqu'elles sont exprimées en termes de l'ion Al3+. De plus, même si l'on tient compte du degré
d'ionisation des sites branchiaux, le produit de la concentration de l'ion libre avec la proportion de
sites "L-branchie libre n'est pas constant pour l'éventail des pH expérimentaux. Le produit démontre
une dépendance marquée du pH, même en tenant compte des effets du pH sur l'ionisation des
groupements fonctionnels présents à la surface branchiale. On peut donc conclure que le modèle
d'ion libre, 'modifié' pour tenir compte de la compétition entre le proton H+ et l'ion libre Al3+ à la
surface branchiale, n'explique qu'une partie de la dépendance des valeurs CL-5O (Al3+) envers le
pH.
Cette étude démontre également que les concentrations faibles de zinc caractéristiques du milieu
naturel causent une toxicité supplémentaire en présence d'aluminium et à faible pH. Cet effet n'est
pas mis en évidence par les données de CL-5O(Al3+), qui n'indiquent pas de différences
significatives entre l'exposition à l'aluminium et l'exposition aux deux métaux. Cependant, les
résultats d'une analyse stratifiée des temps de survie ont démontré un effet significativement
négatif du zinc sur les poissons exposés au mélange AI-Zn. Nous pouvons donc conclure que la
présence de zinc n'atténue pas la toxicité de l'aluminium dans ces conditions, mais entraîne plutôt
une diminution des temps de survie pour les poissons exposés aux deux métaux. La modélisation
des temps de survie est un outil puissant pour prédire les effets des mélanges de métaux sur les
populations à risque.
L'hypothèse d'une toxicité additive pour l'Al et le Zn est confirmée par le fait que l'accumulation
de Zn dans les branchies a été indépendante de la concentration d'Al lors d'expositions conjointes,
à pH 4.8. II se peut que ces deux métaux agissent à des sites différents sur la membrane branchiale.
Une portion appréciable du Zn a été liée par le mucus, quoique cette portion ait été moins élevée
que celle observée pour l'Al dans des études comparables. Ces résultats soulignent l'importance
du mucus dans l'accumulation de métaux dans les branchies et peuvent expliquer partiellement la
toxicité accrue observée pour les mélanges des deux métaux à faible pH.
La présente étude démontre également que, contrairement à ce que prédit le modèle de l'ion libre,
l'aluminium inorganique est moins toxique lorsqu'il est incorporé à des solutions d'acide fulvique.
En présence d'AF, la CL-50, exprimée en µM d'Al inorganique, diffère significativement de la
CL-50 en conditions inorganiques (p<0.05), étant de deux à trois fois plus élevée que celle-ci, à
pH 5.0. La même observation peut être faite lorsque la CL-50 est exprimée en Al dialysable
mesuré dans les bassins d'exposition à l'AF. Les effets biologiques de l'acide fulvique, qui semble
offrir une protection contre la toxicité des métaux au niveau de la membrane des branchies,
doivent être pris en considération dans les études de la toxicologie des métaux en présence de
matière organique dissoute.
Ces conclusions peuvent avoir des applications sur le terrain. À la fonte des neiges, les populations
de poisson peuvent être exposées à des augmentations soudaines et extrêmes de l'acidité et de la
concentration en aluminium d'une durée de plusieurs jours (Campbell et al., 1992). La présence de
faibles quantités d'autres métaux comme le zinc peut réduire le temps de survie et par conséquent
causer une mortalité accrue durant de tels épisodes. Par ailleurs, la matière organique dissoute
naturelle, comme l'acide fulvique, peut offrir une protection contre la toxicité des métaux
meilleure que celle résultant d'une simple diminution de la concentration de l'ion libre.

Abstract
The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract.

The free ion activity model (FIAM) suggests that the toxicity of a metal is determined by the
concentration of the free or aquo ion - M(H20)z+ or MZ+ for simplicity (Pagenkopf, 1983; Morel
and Hering, 1993; Campbell, 1995). To cause a biological effect, the metal must interact with a
ligand on the cell membrane (L-cell) to form a complex (MZ+ -L-cell). The biological response is
predicted to be proportional to the concentration of the surface complex [M-L-cell(z-n)+] which is
in turn determined by the [MZ+] in solution.
The objective of this study was thus to determine if the concentration of the free ion Al3+
determines the toxicity of the metal under the following conditions: at three pH levels, pH 4.5, pH
4.8 and pH 5.2; in the presence of sub-lethal concentrations of Zn; and in the presence of dissolved
organic matter (DOM) at pH 5.0.
These hypotheses were examined under conditions representative of those encountered during
snowmelt in the soft waters of the rivers of Québec's North Shore. The experimental approach
involved the exposure of juvenile Atlantic salmon (Salmo salar) to a reconstituted acidic soft
water, in the range pH 4.5 - pH 5.2. Inorganic exposure solutions were prepared by the addition of
lethal concentrations of Al and sub-lethal concentrations of Zn. Organic exposure solutions were
prepared with a natural fulvic acid and additions of Al.
As has been previously reported, the toxicity of inorganic Al decreased as the pH decreased. Even
when expressed in terms of the free Al3+ ion, to take into account pH-induced changes in Al
speciation in solution, LC-50(Al3+) values increased 45-fold in less than a single pH decade, from
0.15 µM at pH 5.3 to 6.8 µM at pH 4.4. Knowledge of the free-ion concentration alone is clearly
not sufficient to predict the biological effects of Al. In addition, even when the proportion of
ionized gill sites is taken into account, the product of the free Al3+ concentration and the
proportion of free -L-gill sites is not constant over the• range of experimental pH values; the
product still shows a marked pH dependence even after the effect of pH on the gill surface is taken
into account. It can be concluded that the "modified" FlAM, involving competition between the
proton, H+, and the free Al ion, Al3+, at the gill surface, can explain part of the pH dependence of
the LC-50 (Al3+) values, but that there remains some residual pH dependence, as yet unexplained.
This study also revealed that environmentally realistic concentrations of Zn cause additional
toxicity in the presence of Al at low pH. The results of a stratified survival time analysis show a
highly significant negative effect of Zn on fish exposed to the Al + Zn mixture. The conclusion is
that Zn does not attenuate the toxicity of Al under these conditions, but rather decreases survival
times of individuals exposed to both metals. This effect was not generally apparent in the LC-50
data, where few significant differences in toxicity were detected between the single metal and
metal-mixture exposures. Survival time modeling offers a powerful tool to predict the effects of
such mixtures on the populations at risk.
The hypothesis of an additive toxicity for AI and Zn was supported by results indicating that the
gill accumulation of Zn was independent of AI concentration in joint exposures at pH 4.8. A
significant proportion of Zn appeared to be bound by mucus, though this proportion was less than
mucus-bound AI determined in similar studies. It is possible that the two metals bind to different
sites on the gill, or that the number of gill sites is not limited, permitting independent binding and
an additive toxicity. These results emphasize the importance of mucus in the gill accumulation of
metals and they can partially explain the increased toxicity observed in mixtures of the two metals
at low pH.
This study demonstrated that inorganic AI was less toxic in fulvic acid solutions than in the
standard reconstituted soft water at pH 5.0. In the presence of a natural fulvic acid (FA), the LC-
50, expressed as µM of inorganic AI, is significantly different than the LC-50 determined under
inorganic conditions (p<0.05), i.e., approximately two to three times greater than for inorganic
conditions at the same pH. A similar pattern was observed when the LC-50 is expressed as
dialysable AI measured in the FA exposure tanks. This suggests that the biological effects of fulvic
acid, which may provide protection against toxicity at the level of the gill membrane, should he
considered in future studies of metal toxicity in acidic natural waters.
These findings may be relevant to situations in the field. For example, during snow melt fish can be
exposed to an acid-aluminum pulse lasting several days. The presence of low levels of other
metals, such as Zn, may reduce the survival time, thereby causing increased mortality during such
episodes. In contrast, the presence of dissolved organic matter may offer a degree of protection
against AI, greater than that simply provided by a reduction in the concentration of the free ion.


identifier: Royer, Isabelle  (2003). Dynamique du phosphore, du cuivre et du carbone organique dissous dans le sol et dans l'eau: impact de l'apport à long terme de lisier de porc.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 264 p.

subject:
phosphore
cuivre
carbone organique dissous
lisier de porc
fertilisation
culture
maïs
sol
eau

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue en PDF.

Au Québec, plus de 9 millions de m³ de lisier de porc (LHM) sont épandus chaque année
sur les terres agricoles. L'application pendant plusieurs années de LHM et d'engrais
minéraux peut entraîner l'accumulation de phosphore (P) dans le sol ce qui peut
constituer un risque potentiel de contamination des eaux. Le cuivre (Cu) et le zinc (Zn),
présents dans les aliments fournis aux porcs, se retrouvent également dans le LHM. Ces
éléments peuvent donc également s'accumuler dans l'environnement. Par ailleurs,
l'application de LHM, la gestion des résidus de culture et le travail du sol peuvent avoir
un impact sur les teneurs en carbone organique dissous (COD) mesurées dans les eaux de
ruissellement et de drainage. En retour, le COD peut influencer la dynamique du P et du
Cu en favorisant la formation de complexes solubles, jouant ainsi un rôle de transporteur
pour ces éléments. Les objectifs de cette thèse sont de documenter l'impact de
l'application de LHM sur la dynamique du P, du Cu et du COD dans les sols amendés
ainsi que leurs répercussions possibles dans les eaux.
L'expérience s'est déroulée sur des parcelles traitées de façon similaire depuis 1989.
Chaque parcelle est équipée pour prélever les eaux de ruissellement et de drainage. Des
applications à taux élevé de lisier de printemps (LHM-S), d'automne (LHM-F) ou de
printemps + automne (LHM-SF) étaient comparées à des applications recommandées
d'engrais minéral (MF) dans des parcelles cultivées soit en maïs, soit en fourrages.
Dans un premier temps, diverses formes de P du sol sous maïs ont été caractérisées après
une, six et huit années d'application consécutives. L'apport de LHM à doses élevées
pendant huit ans a provoqué une hausse significative du P total du sol à la profondeur
0-20 cm. Les effets des applications de LHM sur les formes labiles de P (P soluble à l'eau,
Pw et P Mehlich-III, M3P) ont aussi été localisés à la profondeur 0-20 cm avec des teneurs
élevées de 11 mg kg-1 pour le Pw et de 241 mg kg-1 pour M3P. Le degré de saturation du
sol en P évalué par le rapport Pox/(Alox+Feox) atteignait jusqu'à 15 % à la profondeur 0-20
cm du sol après 6 à 8 ans d'application de LHM. Des valeurs de saturation entre 12 et 15%
ont également été observées à la profondeur 80-100 cm pour les traitements LHM. En
général, la période d'application du LHM a eu peu d'influence sur l'état à long terme du
sol en P. Après huit ans d'application de MF et de LHM, l'indice de risque de
contamination de l'eau par le P était dans la catégorie à risque moyen pour le traitement
MF et à risque élevé pour les traitements LHM.
Dans le deuxième volet de l'étude, deux saisons de caractérisation des concentrations et
des charges de P dans l'eau de ruissellement et de drainage ont mis en évidence que les
variations des charges sont grandement dépendantes de la quantité d'eau qui circule à
travers les parcelles. Les concentrations et les charges de P du traitement MF ont souvent
été plus faibles que celles mesurées pour les traitements LHM. Les concentrations des
formes particulaires dans l'eau de ruissellement ont été plus faibles sous fourrages que
sous maïs car sous fourrages, une couverture végétale est présente en permanence et le sol
est moins souvent travaillé. Dans l'eau de drainage, des concentrations similaires ont été
obtenues entre les fourrages et le maïs malgré des apports différents. Par ailleurs, l'étude
de la relation entre certains paramètres de P du sol et les concentrations en P de l'eau de
ruissellement et de drainage a révélé que l'analyse du P du sol ne semble pas suffisante
pour prédire efficacement le risque de transfert du P du sol vers l'eau de surface et de
drainage.
La troisième partie de l'étude a montré que, bien que demeurant sous les normes
environnementales, la teneur totale en Cu et en Zn dans la couche de surface (0-5 cm) a
augmenté sous maïs et sous fourrages suite à neuf années d'application de LHM. Le Cu
se trouvait majoritairement sous des formes résiduelles ou liées à la matière organique. Le
Zn était sous des formes résiduelles ou lié aux oxydes de Fe-Mn. Les concentrations des
formes échangeables, susceptibles d'être disponibles aux plantes, étaient faibles pour le
Cu (0,7 mg kg-l) mais relativement élevées pour le Zn (7,3 mg kg-l). L'accumulation de
Cu et de Zn sous des formes organiques et résiduelles dans le profil de sol suggère que
ces formes peuvent servir de réservoir pour ces métaux spécialement si les conditions du
milieu venaient à changer. Les résultats suggèrent également que le Cu et le Zn seraient
davantage maintenus sous des formes plus solubles en profondeur sous fourrages que
sous maïs facilitant ainsi leur transport dans le profil de sol.
Le quatrième volet porte sur l'analyse et la caractérisation des teneurs en COD mesurées
directement dans les eaux de ruissellement et de drainage lors d'une série d'événements
pluvieux durant l'automne 1998. Suite au broyage et à l'incorporation de résidus de
culture de maïs, les concentrations en COD dans l'eau de ruissellement ont augmenté en
moyenne de 20 ± 8 mg COD L-1 à 176 ± 63 mg COD L-1. Les concentrations sont
revenues rapidement à des niveaux précédant l'incorporation, suggérant une dégradation
rapide des résidus dans le sol. Un relâchement de COD dans l'eau de ruissellement suite à
des périodes de réhumectation du sol a également été observé sous maïs et fourrages. De
plus, des concentrations en COD dans l'eau de ruissellement similaires entre les deux
cultures, même si le taux d'application de LHM est plus élevé sous maïs, suggèrent que le
LHM laissé en surface du sol est plus sujet aux pertes par ruissellement de surface sous
fourrages. Dans l'eau de drainage, des concentrations en COD significativement plus
élevées pour le traitement LHM-F suggèrent que le C organique issu d'une application
récente de LHM, n'a pas été tout retenu par le sol et a atteint les drains. Cet effet a été de
plus longue durée sous fourrages que sous maïs. L'écoulement préférentiel par les
biopores a semblé être une voie importante de pertes de COD sous fourrages avec des
concentrations en COD dans l'eau de drainage plus élevées que sous maïs. Les analyses
de caractérisation du COD ont montré que les petites molécules (SM) (< 3 kD) sont
dominantes dans l'eau de ruissellement. Les apports de résidus de culture et de LHM ont
entraîné une augmentation des molécules de taille moyenne (MM) (3-100 kD).
Enfin, dans la cinquième et dernière partie, les concentrations en P et en Cu dans les eaux
de ruissellement et de drainage ont été suivies durant la même série d'événements
pluvieux de l'automne 1998. Les concentrations en P total (TP), P total dissous (TDP), P
total particulaire (TPP), P dissous réactif au molybdate (DRP) et en P dissous organique
(DOP) ainsi que les concentrations en Cu dissous et en Cu particulaire ont été
caractérisées dans les eaux de ruissellement et de drainage. Par la suite, des analyses de
corrélation ont été effectuées entre les concentrations en P, en Cu et le COD dans les eaux
de ruissellement et de drainage. L'absence de travail de sol combiné au fait que le lisier a
été laissé en surface sous fourrages a contribué à ce que les concentrations sous forme de
DRP et de Cu dissous aient été plus élevées que sous maïs. Sous maïs, l'incorporation des
résidus a laissé le sol sans couverture végétale, ce qui a favorisé l'augmentation des
concentrations sous forme de TPP. Dans l'eau de drainage, une application récente de
lisier a entraîné une augmentation des concentrations de P sous toutes les formes et ce,
pour les deux cultures. Le même résultat a été observé pour les concentrations en Cu sous
maïs seulement. Les concentrations en P sous forme particulaire sont demeurées faibles
pour les deux cultures. Des concentrations similaires des formes dissoutes dans l'eau de
drainage sous maïs et sous fourrages suggèrent entres autres que les exsudats racinaires
riches en acides organiques sous fourrages ont maintenu le P et le Cu dans des formes
plus solubles que sous maïs. L'écoulement préférentiel a aussi pu contribuer aux pertes de
P et de Cu. Les résultats de cette campagne d'échantillonnage d'eau ainsi que celles des
deux années antérieures ont démontré que la norme pour la qualité de l'eau de surface de
0,03 mg TP L-1 a été dépassée pour toutes les formes dans l'eau de ruissellement et pour la
majorité des formes de P dans l'eau de drainage. En intégrant les données de P, de Cu et
de COD, il est possible de spéculer que le COD a joué un rôle important dans le transport
du P et du Cu. En effet, de très bonnes corrélations ont été obtenues entre les formes
dissoutes de P, de Cu et le COD et en particulier la fraction fine de ce dernier dans l'eau
de ruissellement et de drainage. Les résultats ont aussi démontré que le COD a été mieux
corrélé aux formes de P et de Cu que le carbone organique particulaire (COP).
Les résultats de cette étude viennent ajouter des éléments d'information nouveaux au peu
de connaissances actuelles concernant l'accumulation, l'enrichissement et le transport du
P et du Cu dans les sols agricoles québécois suite à l'application de lisier de porc à haute
dose. L'ensemble des résultats obtenus apparaît cohérent et met en évidence l'importance
de prendre en compte le type de culture, les doses d'application de lisier, le mode de
transport et l'évolution des propriétés du sol dans l'évaluation de l'impact des
applications de lisier sur la qualité de l'eau.


identifier: Dumas, Julie  (2007). Efficacité d'assimilation de Sialis velata pour le nickel et le thallium présents chez ses proies ; importance de la distribution subcellulaire des métaux chez les proies.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 83 p.

subject:
Sialis velata
Chironomus riparius
Tubifex tubifex
nickel
thallium
proies
métaux
fractions subcellulaires

abstract:
L'activité industrielle a relargué au cours des années de grandes quantités de métaux dans
des cours d'eau avoisinants et éloignés des industries. Les animaux aquatiques peuvent
être exposés à ces métaux par l'eau environnante et/ou la nourriture qu'ils ingèrent. Pour
plusieurs animaux, les métaux viennent majoritairement de leur diète. Nous avons testé
un indice potentiel de l'efficacité de transfert des métaux entre deux maillons d'une
chaîne alimentaire: la distribution subcellulaire des métaux dans le maillon inférieur.
Selon cet indice, si les métaux présents dans les cellules du maillon inférieur se trouvent
dans le cytosol ou dans les organites, ils devraient être entièrement disponibles pour le
consommateur. En revanche, les métaux séquestrés dans des granules ou associés aux
membranes cellulaires le seraient beaucoup moins. Nous avons testé cette hypothèse pour
deux métaux problématiques au niveau environnemental, le nickel (Ni) et le thallium (Tl).
Des Chironomus riparius (Insecta, Diptera, Chironomidae) et des Tubifex tubifex
(Annelida, Oligochaeta, Tubificidae), proies du prédateur Sialis velata (Insecta,
Megaloptera, Sialidae), ont été contaminés en laboratoire. Par la suite, nous avons utilisé
un protocole (appliqué précédemment à plusieurs types d'animaux aquatiques) pour
distinguer des pools subcellulaires de métaux chez ces proies. Le Ni et le Tl se sont
avérés être principalement liés à des protéines stables à la chaleur dans le cytosol des
cellules de ces invertébrés. Les efficacités de transfert des deux métaux vers le prédateur
étaient toutes élevées. Cela implique que le transfert trophique du Ni et du Tl est plutôt
facile et que ces deux métaux pourraient se retrouver facilement en haut de la chaîne
alimentaire. Une augmentation de la proportion de Ni dans les fractions potentiellement
biodisponibles était associée à une plus importante assimilation par le prédateur. Par
contre, l'efficacité d'assimilation du Tl ne variait pas avec un changement de pourcentage
dans les fractions dites «biodisponibles ». Si nous comparons ces deux variables pour
l'ensemble des combinaisons métaux-proies, la distribution subcellulaire s'est avérée être
un bon indice de l'efficacité d'assimilation pour deux combinaisons proie-métal sur
quatre. Pour les deux autres combinaisons, l'efficacité de transfert était quelque peu plus
élevée que le pourcentage des métaux présents dans les fractions sensées être disponibles
au prédateur. Ces résultats suggèrent qu'une partie des métaux présents dans les granules
ou les débris cellulaires peut potentiellement être assimilable.
La facilité de transfert du Ni et du Tl étant importante entre les deux maillons, la diète
devrait être prise en considération pour expliquer la prise en charge de ces métaux et les
effets nocifs qu'ils peuvent avoir chez les animaux aquatiques.


identifier: Dumont, Dany  (2010). Modélisation du pont de glace et des processus océaniques à méso-échelle dans la polynie des Eaux du Nord.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 210 p.

subject:
pont de glace
processus océaniques
méso-échelle
polynie
thermodynamique
3D
Eaux du Nord
modèle numérique régional

abstract:
Un modèle numérique de circulation océanique couplé à un modèle dynamique-
thermodynamique de glace de mer est développé et utilisé pour étudier certains processus
physiques de méso-échelle importants pour la formation et le maintien de la polynie des
Eaux du Nord et de son écosystème. En première partie, on s'intéresse aux aspects
dynamiques de la formation et du maintien du pont de glace dans des conditions
idéalisées et réalistes. Une étude de sensibilité de la stabilité du pont de glace en fonction
des principaux paramètres dynamiques révèle le caractère fondamental de la cohésion
dans la formation du pont de glace à l'entrée du détroit de Nares. Pour une contrainte de
vent donnée, il existe une valeur de cohésion critique au-delà de laquelle un pont de glace
stable ne peut se former. Le profil et la position de l'arche sont adéquatement simulés et
la solution est invariante en fonction de l'orientation de la grille sphérique et de la
rugosité des frontières. La position et la forme du pont de glace sont également simulées
conformément aux observations dans des conditions réalistes. Par contre, en l'absence de
données d'épaisseurs fiables et suffisantes et considérant la grande importance de
l'historique des forçages dynamiques et thermodynamiques sur les conditions de glace, il
est difficile d'identifier une valeur ou un intervalle optimal pour e, le paramètre qui
contrôle la cohésion. Les résultats suggèrent toutefois qu'un échantillonnage
judicieusement choisi de l'épaisseur, par exemple le long d'un transect perpendiculaire au
chenal, permettrait de comparer directement le modèle aux observations et ainsi,
potentiellement, de raffiner la paramétrisation du modèle.
En deuxième partie, on s'intéresse à la réponse océanique de la polynie au vent et
à la présence d'un pont de glace, c'est-à-dire à une discontinuité spatiale du couvert de
glace. La circulation générale dans le domaine est mise en branle en premier lieu par les
conditions aux frontières ouvertes. Un transport net de 0.54 Sv vers le sud, de l'Arctique
vers la Baie de Baffin, est forcé par la différence du niveau d'eau moyen entre les
frontières nord et sud du modèle. Cette valeur est contenue dans l'intervalle des
estimations que l'on retrouve dans la littérature. Le courant du Groenland ouest (CGO),
qui transporte l'eau de la Baie de Baffin vers le nord en longeant la côte, est forcé quant à
lui par un gradient transversal de niveau d'eau. Une analyse de l'effet du vent sur la
circulation générale révèle que le CGO et le courant de Baffin vers le sud sont anti-
corrélés dans la région du détroit de Smith, à la hauteur des îles Carey, et que les épisodes
de vent du nord amplifient le CGO vers le nord. On rapporte également quelques épisodes
où le CGO pénètre jusque dans le bassin Kane, confirmant ainsi quelques observations
historiques d'eau de la Baie de Baffin à cet endroit. La présence du pont de glace
n'affecte que très peu le patron général de circulation horizontale. Cependant, il a une
influence remarquable sur la circulation verticale, le champ de densité et la circulation
barocline induite. En effet, conformément à la théorie, un vent soufflant parallèlement à la
limite de la banquise statique produit une divergence du transport d'Ekman et génère une
élévation ou un abaissement de la pycnocline, de la même manière que l'analogue côtier.
Selon la forme du pont de glace, l'étendue de la zone de remontée peut être doublée.
Avec le pont de glace simulé, très similaire au pont de glace observé en 1998, le courant
jet associé aux perturbations du champ de densité adopte une configuration
tourbillonnaire cyclonique centrée sur le pont de glace qui persiste aussi longtemps que le
vent maintien son cap et son amplitude. Les conditions océanographiques de la polynie
qui prévalent durant ce temps de l'année (polynie ouverte, remontée d'eau riches en
nutriments, mélange par le vent, circulation) favorisent toutes la floraison du
phytoplancton, ce qui explique, en partie du moins, la grande productivité de la polynie
des Eaux du Nord.
En troisième partie, l'influence des marées sur la structure de la colonne d'eau est
étudiée. La stratégie employée consiste à comparer les résultats obtenus dans la deuxième
partie, en l'absence de marée, et de simuler ensuite l'influence de la marée selon deux
approches différentes. La première consiste à ajouter au profil de diffusivité une
contribution venant de la friction de la marée barotrope avec le fond à partir d'un champ
d'amplitude du courant de marée issue d'un modèle inverse à haute résolution. La
paramétrisation de Munk-Anderson utilisée ici ne considère pas la friction sous la glace.
La deuxième approche consiste à forcer explicitement la marée barotrope en spécifiant un
signal harmonique à la frontière du modèle. Les résultats montrent et confirment que la
marée joue un rôle secondaire dans la formation et le maintien de la polynie ainsi que
dans le renouvellement des nutriments en surface. Cependant, les courants de marées et
les flux de chaleur associés au mélange accru peuvent compromettre la stabilité du pont
de glace et encourager sa rupture par ablation de la glace et en ajoutant une composante
supplémentaire au champ des contraintes. Finalement, certaines zones sont identifiées
comme étant propices à la génération d'ondes internes.