identifier: Sellamuthu, Balasubramanian  (2009). Développement d'un nouveau bioprocédé utilisant les biocoagulants/biofloculants produits par les microorganismes pour la séparation solide/liquide des boues d'épuration.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 239 p.

subject:
biocoagulant
biofloculant
boue d'épuration
champignons
SPE
eaux usées

abstract:
Au cours du traitement des eaux usées, une importante quantité de boues (contenant ~ 2-
5% de solides) est produite. Afin de réduire leur volume, les boues sont décantées et déshydratées.
Les méthodes physiques exigent beaucoup de main-d'oeuvre, d‘électricité, et d'entretien. Le recours
aux méthodes chimiques utilisant des polymères cationiques de synthèse (CSP) pour neutraliser les
particules de boues chargées négativement s‘avère être coûteux, polluant et très toxique.
L‘alternative pour réduire au minimum l'utilisation des CSP est le recours à une approche
biologique utilisant les biocoagulants ou biofloculants.
Depuis cinq décennies, les chercheurs étudient le rôle des substances polymériques
extracellulaires microbiennes [SPE] produites au cours du processus de boues activées. Les SPE
jouent un rôle majeur dans la formation des bioflocs, leur structuration et leur charge à la surface et
dans les procédés de décantation et de déshydratation des boues. Les bioflocs sont formés avec des
agrégats microbiens, des souches bactériennes filamenteuses, des particules organiques et
inorganiques, qui sont maintenus par les SPE. Ces dernières sont principalement constituées de
polysaccharides, de protéines, d‘acides nucléiques et d'autres composants cellulaires. Il a été
constaté que les SPE sont soit sécrétées à l'extérieur de la cellule (dépôt gluant) ou liées à la paroi
cellulaire (EPS capsulaire). Les dépôts gluants sont généralement détachés de la cellule au cours de
la centrifugation alors que les SPE capsulaires sont stables et restes fixées à la paroi cellulaire des
micro-organismes pendant le processus de séparation.
Jusqu'à ce jour le développement de procédés de biofloculation des boues se heurte à
plusieurs problèmes : (i) les interactions entre les SPE et les boues solides ne sont pas bien
connues, (ii) le rôle d'autres composants actifs des SPE (protéines, lipides et glucides) dans la
formation des bioflocs est indéterminé et (iii) la production de SPE dans les boues activées est un
procesus non contrôlé. Sur la base des expériences passées, il est difficile de contrôler une
communauté microbienne au cours du traitement des eaux usées pour produire des SPE spécifiques
et/ou de favoriser la croissance d‘une souche microbienne aux dépends des autres.
Pour remédier à ces problèmes, nous avons entrepris d‘isoler vingt-cinq souches
bactériennes productrices de SPE, à partir des boues d'épuration municipales. Les microorganismes
ont été choisis en se basant sur leur production de SPE sur le milieu de croissance. Les
souches microbiennes productrices de SPE ont été identifiées par séquençage de leur ADNr 16S.
Ces souches ont été cultivées individuellement sur un milieu synthétique et ont produit une
quantité importante de SPE (jusqu'à 36 g/L). Toutefois, lorsqu'elles sont cultivées dans un
consortium de flores microbiennes (conditions naturelles de croissance dans les boues activées),
elles produisent une quantité plus faible de SPE. Trois types de SPE [dépôt gluant, SPE capsulaires
et le bouillon bactérien (combinaison des deux SPE)] ont été récoltés et leurs caractéristiques ont
été étudiées. La concentration des biofloculants (poids sec), la viscosité et leur charge à la surface
(potentiel zêta variant entre -18 à -80mv) ont également été mesurées. L‘aptitude des SPE à
floculer a été évaluée par la mesure de l‘activité de floculation du kaolin (FA). Cette activité a
varié entre 77 et 90% dans l'ordre dépôt gluant > SPE capsulaire > SPE dans le bouillon bactérien.
Malgré leur charge négative, les dépôts gluants ont révélé la meilleure activité de
biofloculation par rapport à celle du bouillon bactérien et des SPE capsulaires. Les dépôts gluants
sont sous forme de longues chaînes polymériques que et comportent de ce fait plus de sites de
fixation des particules de boue, des micro-organismes et des agents de liaison (cations). Les SPE
capsulaires forment des bioflocs en formant des co-agrégats avec d'autres microbes; la taille du
floc est donc moins importante. Les mauvais résultats obtenus avec le bouillon bactérien sont le
plus probablement dus à l'obstruction des sites actifs du dépôt gluant par les masses bactériennes.
Cette observation explique le fait que les SPE produites naturellement dans les procédés de boues
activées (ASP) ou de digestion aérobi ne sont pas très efficaces pour floculer les boues. En fait,
une concentration trop élevée de SPE conduit à une mauvaise floculation. Ainsi les dépôts gluants
ont montré une meilleure biofloculation que les SPE capsulaires et le bouillon bactérien. En se
basant sur la mesure de l‘activité de floculation du kaolin, nous avons sélectionné six souches
bactériennes (BS2, BS8, BS9, BS11, BS15 et BS25). Les dépôts gluants produits par ces 6 souches
ont été étudiés pour leur capacité à décanter et à déshydrater les boues [par la mesure de l‘indice de
volume des boues (SVI)] et le temps de succion capillaire (CST), respectivement]. Il a été constaté
que la capacité de biofloculation de ces extraits était similaire à celles des polymères cationiques
synthétiques (CSP).
Des études sur la caractérisation chimique des dépôts gluants ont également été réalisées.
Nous avons constaté que le taux d‘hydrates de carbone (TC) dans les SPE est plus élevé que celui
des protéines totales (TP) dans tous les cas, sauf dans le cas du consortium bactérien. Après avoir
calculé le pourcentage de TC et de TP, il a été constaté que les SPE produites par la culture de
souches pures étaient principalement composées de lipides, d‘ADN et d'ARN. Les SPE des boues
sont, quant à eux, majoritairement constituées de lipides, d‘une phase minérale, d‘acides
organiques, d‘acides nucléiques et d'autres (non identifiés). Aussi, le ratio TC/TP des SPE des
souches pures est plus élevé que ceux produites par le consortium bactérien. Mais dans cette étude,
nous avons constaté que les hydrates de carbone ainsi que les autres composants des SPE (lipides,
ADN, ARN) jouent un rôle majeur dans la décantation des boues. Cela montre que les souches
bactériennes isolées à partir de boues d'eaux usées municipales produisent une plus grande quantité
d'hydrates de carbone et d'autres composants. C‘est pour cette raison que le rôle de ces composés
dans la formation de floc et la décantation des boues doit être étudié.
Dans le même contexte, une souche de champignon filamenteux a été isolée à partir des
boues d'épuration. Elle a été utilisée pour évaluer sa capacité à réduire les solides et les agents
pathogènes, à décanter et à déshydrater les boues. Le champignon a révélé une bonne réduction des
matières solides et une déshydratabilité améliorée. L‘étude de reproductibilité, menée dans un
bioréacteur de 10L, a confirmé les résultats obtenus à savoir une réduction des MES d‘environ
54%, une réduction de 2 à 4 unités log d‘agents microbiens pathogènes et une meilleure
déshydratabilité des boues (CST <20s).

Abstract

During wastewater treatment, a substantial amount of sludge is produced and to reduce its
volume (which contains ~2-5% solids) the sludge is settled and subsequently dewatered. Physical
methods requires high manpower, electricity, high operational and maintenance cost. Chemical
methods employ expensive and toxic cationic synthetic polymers (CSP) to neutralize negatively
charged sludge particles. To minimize the use of CSP an alternative and suitable, novel way is to
use biocoagulants/bioflocculants.
Since the past five decades researchers have been studying the role of microbial extracellular
polymeric substances (EPS) produced during activated sludge process. EPS are known to play a
major role in bioflocs formation, bioflocs structure and surface charge and in sludge settling and
dewatering. Bioflocs are formed together with microbial aggregates, filamentous bacterial strains,
and organic and inorganic particles, which are held together by EPS. They mainly consist of
polysaccharides, proteins, nucleic acids and other cellular components. It was found that these
types of EPS are either secreted outside the cell (slime EPS) or cellular bound (capsular EPS).
Slime types of EPS are generally washed out from cells during centrifugation/harvesting whereas
the capsular EPS are stable and attached on the cell wall of microorganisms during the separation
process.
To date the problems in successful development of sludge bioflocculation process are mainly
due to (i) the interactions between EPS and sludge solids is not known; (ii) the role of other active
components of EPS (proteins, lipids and carbohydrates) in biofloc formation also have not been
identified; and (iii) uncontrolled production of EPS in activated sludge process. Based on the past
experience, it is difficult to control a specific microbial community during wastewater treatment to
generate preferred EPS and/or foster the growth of favorable microorganisms to produce EPS.
To address these problems, twenty-five EPS producing bacterial strains were isolated from
municipal wastewater sludge. Microorganisms were selected based on EPS production property on
the growth medium. EPS producing microbial strains were identified based on the 16S rDNA gene
sequencing. These strains when grown individually in synthetic medium produced substantial
quantity of EPS, up to 36 g/L. However, when grown in consortium (as they grow naturally in
activated sludge or aerobic sludge digestion process), they produced lower quantity of EPS. Three
types of EPS [slime, capsular and bacterial broth (combination of both slime and capsular)] were
harvested and their characteristics were studied. Bioflocculant concentration (dry weight),
viscosity and their charge (using Zetaphoremeter, zeta potential varied between -18 to -80 mv)
were also measured. Bioflocculation ability of obtained EPS was evaluated by measuring the
kaolin clay flocculation activity (FA). Kaolin (FA) varied 77-90% in the order of slime EPS
>capsular EPS >EPS in bacterial broth.
Slime EPS revealed the best bioflocculation efficiency compared to those in bacterial pellet
and bacterial broth in spite of their negative charge. Slime EPS possessing longer polymeric chain
than the others (capsular and broth) carries more active sites to bind with the sludge particles,
microorganisms and bridging agents (cations). Whereas, capsular EPS forms biofloc by forming
co-aggregates with other microbes; therefore, the floc size was less. The poor performance of
bacterial broth on sludge settling was most likely due to the blockage of the slime EPS active sites
by bacterial pellet. This fact also explained that EPS produced naturally in activated sludge process
(ASP) or aerobic sludge digestion process was not very effective in sludge flocculation; in fact,
high EPS concentration led to very poor flocculation. Thus slime EPS was better in bioflocculation
than EPS in capsular and bacterial broth. Six bacterial strains (BS2, BS8, BS9, BS11, BS15 and
BS25) were selected based on the kaolin clay flocculation. Slime EPS from six bacterial strains
were studied in terms of sludge settling [sludge volume index (SVI)] and dewatering [capillary
suction time (CST)]. The bioflocculation capacity was compared with CSP, which was found to be
similar.
Studies on chemical characterization of extracted slime EPS were also conducted. The total
carbohydrates (TC) concentration in EPS was higher than total protein (TP) concentration in all
cases except the bacterial consortium. After calculating the percentage of TC and TP, it was found
that EPS produced by pure culture strains mainly consisted of other components such as lipids,
DNA and RNA. In sludge EPS, the major portion could be lipids, mineral phase, organic acids,
DNA, RNA and other undefined compounds. Calculated TC/TP ratio showed pure bacterial strains
possess higher TC/TP ratio than the consortium and sludge EPS. But in this study we found that
carbohydrates and other (lipids, DNA, RNA) components play a major role in sludge settling. This
showed that bacterial strains isolated from municipal wastewater sludge produced more quantity of
carbohydrates and other components. Further, role of these compounds in floc formation and
sludge settling needs to be studied.
Similarly, a floc forming filamentous fungal (FF) strain was isolated from wastewater sludge.
FF strain was used to evaluate their potential in solids reduction, pathogen reduction, sludge
settling and dewatering. FF strain revealed better solids reduction and enhanced dewaterability.
The reproducibility study, conducted in a 10 L bioreactor, revealed enhanced suspended solids
reduction (54%), 2-4 log cycle pathogen reductions and better sludge dewaterability (CST <20 s).


identifier: Morin, Jean  (2001). Modélisation des facteurs abiotiques de l'écosystème fluvial du lac Saint-françois, fleuve Saint-Laurent.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 187 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject:
modélisation
abiotique
écosystème
fluvial
lac
Saint François
Saint Laurent
hydrologie
hydrodynamique
plantes aquatiques
macrophyte
habitat

abstract:
Le lac Saint-François est un tronçon du fleuve Saint-Laurent qui présente une grande complexité
tant au niveau de sa topographie que de son hydrologie. Depuis 150 ans, ce lac fluvial a subi de
nombreuses transformations qui ont modifié son écosystème. Les changements dans les facteurs
abiotiques tels que les débits, les vagues ou la composition de la masse d'eau, ont une influence
sur la sédimentation, la chimie et sur l'ensemble du biota. Dans la thèse, les facteurs abiotiques
sont analysés de façon 1) unidimensionnelle, c'est-à-dire liée à l'analyse des séries temporelles
des débits et des niveaux, ou encore 2) bidimensionnelle permettant ainsi de tenir compte des
variations spatiales des composantes physiques du système.
L'analyse des séries temporelles et de l'historique des ouvrages a permis de décrire l’impact des
transformations du milieu sur l'évolution de l'hydrologie. La principal effet a été le relèvement
puis la stabilisation du niveau d'eau qui a entraîné l'augmentation de la biomasse des plantes
submergées et la modification des milieux humides.
Les simulations numériques bidimensionnelles ont permis de décrire plusieurs facteurs
abiotiques, dont l'hydrodynamique sur l'ensemble du lac Saint-François. Ces simulations se
basent sur l'élaboration d'un modèle de terrain constitué de cartes de la topométrie du substrat et
des plantes aquatiques. La caractérisation des plantes aquatiques est une donnée difficile à
obtenir ; la méthode utilisée a permis, entre autres, de cartographier la distribution spatiale des
espèces, leur hauteur et leur proportion dans les assemblages.
Les données décrivant le terrain ont servi à modéliser l'hydrodynamique actuelle à des conditions
de 5000, 7500 et 10 000 m³/s, correspondant respectivement aux débits moyen, minimum et
maximum. L'influence des plantes aquatiques a été intégrée aux simulations afin de représenter
l'écoulement en période estivale. Deux séries de mesures de vitesse ont été utilisées pour valider
les simulations.
L'hydrodynamique de la période préindustrielle a été simulée à l'aide de la reconstruction des
données sur l'hydrologie ancienne. La comparaison avec les conditions actuelles de débit a été
effectuée. Cette analyse montre des changements significatifs dans le patron d'écoulement.
Une base de données d'habitat a été constitué à partir d'un maillage de calcul raffiné à un
diamètre moyen de 50 m. Cette base de données contient l'information sur la pente du terrain, les
courants, la profondeur, les vagues pour plusieurs conditions saisonnières, la lumière au fond et la
sédimentation des particules fines. Les observations de la présence des espèces de macrophytes
submergés ont été associées à cette base de données d'habitat à l'aide de modèles de régression
logistique. L'habitat des plantes permet de prédire la distribution des espèces de plantes avec une
exactitude de 81 à 92%, permettant d'envisager à court terme l'évaluation de l'impact de
changements futurs dans les conditions abiotiques sur cet aspect du vivant.


identifier: Martin, Daniel  (1998). Outil d'aide à la décision dans les transferts de technologies satellitaires. Étude de cas: suivi du couvert nival pour la gestion des réservoirs hydroélectriques.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 141 p.

subject:
couvert nival
neige
bassin versant
gestion
production hydroélectrique
RADARSAT
réservoir
rivière
satellite
technologie
transfert
rivière La Grande
Baie-James

abstract:
L'objectif principal de cette thèse consiste à élaborer un outil d'aide à la décision pour les
gestionnaires publics dans les processus de transfert et de diffusion des technologies satellitaires.
Nous avons choisi, comme cas d'application, le suivi du couvert de neige, dans le bassin de la
rivière La Grande, pour améliorer la gestion des réservoirs destinés à la production destinés à la
production hydroélectrique. Ce bassin, d'une superficie de 176,000 km² (51° 30' - 55° 00' N;
67° 00' E - 78° 20' 0), est situé sur le territoire de la Baie James.
Nous avons tout d' abord, à l'aide de modèles puisés dans la littérature, explicité les relations entre
les facteurs qui influencent les processus de transfert et de diffusion d'une technologie (que nous
appellerons freins et stimulants) et les parties prenantes impliquées dans ces processus (offreurs et
demandeurs de technologie). Les freins et stimulants conditionnent le succès ou l'échec de la
transaction entre les offreurs et les demandeurs de technologie. Dans notre analyse, l'évaluation
des freins et stimulants pertinents au cas d'application a été effectuée aux niveaux technique et
financier, en tenant compte des éléments suivants: 1) des besoins exprimés sur les marchés, 2) de
l'intégration ou de la capacité de substitution aux techniques déjà en utilisation et 3) de l'intérêt
des gouvernements à supporter la diffusion vers les applications du domaine public ou privé.
Pour effectuer cette évaluation, nous avons élaboré un protocole expérimental faisant appel à trois
méthodologies qui ont fait leur preuve dans les sciences de la gestion. Une enquête (de type
DELPHI) nous a permis de cerner les attentes des utilisateurs potentiels de technologies
satellitaires en vue du suivi du couvert nival, de faire ressortir certains freins et stimulants
intervenant dans les processus de transfert et de diffusion et de fournir des paramètres essentiels à
l'analyse multicritère des capteurs. Cette analyse multicritère, qui constitue la seconde partie de
notre protocole expérimental, nous a donné l'opportunité de cibler les capteurs satellitaires les
mieux adaptés aux [ms poursuivies et, en particulier, de faire ressortir les possibilités du satellite
canadien RADARSAT 1. Trois modes d'acquisition de l'image de RADARSAT se sont
démarqués dans cette analyse multicritère : il s'agit de ScanSAR 500 km, de Wide 150 km et de
Standard 100 km Une analyse financière, de type bénéfices - coûts, a permis d'évaluer
différentes combinaisons de modes d'acquisition de l'image de RADARSAT 1 et d'outils de
terrain sur une base monétaire. Le mode ScanSAR 500 km est celui qui présente le plus grand
intérêt au niveau de la rentabilité puisque, compte tenu des hypothèses fixées, celle-ci est acquise
avec une réduction de 3 % de l'écart-type sur la prévision des apports dus à la fonte des neiges.
De plus, cette analyse financière fait ressortir l'importance des programmes gouvernementaux
pour financer une partie de la Recherche et du Développement des nouvelles technologies
satellitaires.
Ce diagnostic permet de prédire le potentiel de transfert et de diffusion des technologies
satellitaires en raison de la présence, au sein du cas d'application, d'éléments qui permettent
d'accroître l'effet des stimulants et de diminuer celui des freins intervenant dans ces processus.
Ces éléments du diagnostic sont les suivants: 1) une implication importante, parmi les utilisateurs,
de personnes fermement convaincues de l'utilité des nouvelles technologies, 2) la présence
d'agents de transfert, traits d'union essentiels entre les offreurs et les demandeurs de technologies,
3) une intervention gouvernementale destinée à encourager la Recherche et le Développement sur
les nouvelles technologies et accroître le rythme de diffusion et 4) la configuration technologique,
c'est-à-dire la réduction des incertitudes associées au lancement de produits technologiquement
innovants. La mise en évidence des éléments mentionnés nous permet d'élaborer un nouveau
modèle de transfert
Finalement, il découle de cette analyse que les éléments influençant le bilan des freins et stimulants
aux processus peuvent être exploités au sein d'une stratégie d'aide au transfert et à la diffusion,
généralisable à d'autres cas d'application, particulièrement dans le domaine des ressources
naturelles.


identifier: Patoine, Michel  (1988). Mise au point d'un modèle informatisé de gestion de l'irrigation.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 274 p.

subject: eau ETP évapotranspiration gestion humidité indice infiltration irrigation MAPAQ modèle neutron PENEL PENMAN Québec sol sonde thermogravimétrie USDA


identifier: Kibi, Nlombi  (1997). Rationalisation de la consommation d'électricité dans l'épuration des eaux municipales: une modélisation multicritère.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 245 p.

subject:
eaux usées
électricité
boues d'épuration municipale
modélisation multicritère
rationalisation

abstract:
Au Québec, la consommation d'électricité dans les stations d'épuration des eaux usées
municipales est d'environ 400 GWh/an. La partie des coûts totaux d'opération imputables
à la consommation d'électricité dans l'épuration des eaux usées, varie entre 10 % et 30 %,
selon le type de station. On estime qu'au cours des 20 prochaines années, à l'instar des
autres états d'Amérique du Nord, la croissance de la demande d'électricité sera d'environ
40 %. En effet, d'une part, le nombre de stations d'épuration est en progression constante
et, d'autre part, les nouvelles législations et directives en matière de contrôle de la
pollution entraînent une nette progression des investissements dans les procédés
énergivores : par exemple les systèmes de nitrification/dénitrification, de désinfection par
U.V., d'ozonisation, de séparation solide-liquide, etc. sont de plus en plus populaires.
Avec, d'un côté, des économies possibles dans la consommation de plus de 20 % et d'un
autre côté, un accroissement rapide de la consommation électrique, la rationalisation de la
consommation d'électricité (énergie consommée et puissance appelée) dans ce secteur
pose au producteur et au consommateur d'électricité un nouveau problème de gestion.
On cherche ici à gérer le niveau de la consommation électrique générale et de la
consommation de pointe dans les systèmes d'épuration des eaux usées par des moyens
administratifs et techniques, tout en ne faisant pas obstacle à l'utilisation de l'énergie
électrique comme substitut à des méthodes physico-chimiques moins performantes. Il
s'agit, plus particulièrement, pour le producteur d'électricité de mettre en place des
mesures d'efficacité énergétique électrique (MEEE) pour inciter à une consommation plus
efficace de l'électricité, et pour les municipalités consommatrices, de choisir diverses
mesures visant à augmenter l'efficacité énergétique et épuratoire des stations d'épuration.
Cette thèse propose une solution à ce problème de gestion. Elle comporte deux principaux
volets. Le premier volet porte sur le choix des MEEE pouvant être avantageusement
utilisées pour améliorer l'utilisation de l'énergie électrique dans les stations existantes. Le
second volet concerne l'intégration, dans ces stations, des connaissances sur les MEEE
choisies, de façon à guider le choix technologique dans la construction de nouvelles
stations d'épuration efficaces du point de vue énergétique, et plus globalement
performantes. La solution proposée consiste à élaborer un mécanisme d'aide à la décision
susceptible de satisfaire à la fois les exigences de l'offreur de ces MEEE, le producteur
d'électricité, et celles du consommateur de celles-ci, les municipalités, ces dernières
cherchant à minimiser les coûts d'épuration des eaux, tout en maintenant un niveau de
performance adéquat dans les biens livrables à la population. En plus de satisfaire ces deux
exigences, le mécanisme d'aide à la décision tient compte des contraintes
environnementales et de fonctionnement auxquelles sont astreintes les ouvrages
d'assainissement municipaux. Cette approche d'analyse permet de respecter la nature
multidimensionnelle de ce problème, alors que les méthodes traditionnelles d'aide à la
décision se limitent à l'optimisation unicritère ou encore à des calculs économiques. En
effet, ces méthodes cherchent souvent à établir un unique critère autour d'un point de vue
prenant en compte l'ensemble des aspects du problème.
Dans le mécanisme d'aide à la décision proposé, le premier volet du problème est
solutionné à l'aide d'une analyse conjonctive. Elle consiste à évaluer les diverses solutions
à un problème, sur la base de conditions limites d'acceptabilité fixées au niveau de chaque
critère. Ensuite, on rejette celles ne remplissant pas les conditions prescrites.
Vingt-huit MEEE sur un total d'une cinquantaine ont été retenues à l'aide de cette
analyse. Ces MEEE sont considérées comme performantes et susceptibles d'être utilisées
avantageusement pour augmenter l'utilité de l'électricité et diminuer la consommation de
pointe dans les stations d'épuration des eaux usées existantes. Elles possèdent un bon
potentiel d'économie d'énergie et leur comportement vis-à-vis les autres paramètres
décisionnels est satisfaisant.
Six systèmes d'épuration (chaînes d'épuration) existantes sont considérés au départ dans
l'analyse. Il s'agit des systèmes de type : 1) Biofiltration, 2) Physico-chimique, 3)
Réacteurs Biologiques Séquentiels (R.B.S.) type I, 4) Réacteurs Biologiques Séquentiels
(R.B.S.) type II, 5) Boues activées conventionnelles et 6) Étangs aérés facultatifs. Dans le
cas, par exemple, de la quatrième chaîne d'épuration (Réacteurs Biologiques Séquentiels,
type II) traitant un débit hydraulique de 19,700 m³/d, suivant les résultats de l'analyse
conjonctive, l'amélioration de la consommation énergétique hydraulique et de la
consommation énergétique épuratoire se réaliseraient à l'aide des MEEE intervenant
directement dans les procédés. Au niveau du traitement secondaire, c'est principalement le
débit d'air ou d'oxygène et les caractéristiques du système d'alimentation, notamment la
vitesse d'alimentation en air, qui déterminent la quantité d'énergie électrique consommée.
Ainsi, l'implantation des MEEE suivantes: 1) des diffuseurs à fines bulles, 2) un moniteur
pour le contrôle de l'oxygène dissous dans le système d'aération et 3) un système
d'ajustement automatique du débit d'air, au niveau du bassin d'aération, permettront de
contrôler la sortie d'air dans les soufflantes de façon à maintenir l'oxygène dissous au
niveau minimum requis pour un traitement adéquat. Une économie d'énergie substantielle
devient ainsi réalisable. Dans ce cas, l'optimisation du système d'aération, se fera
généralement sans compromettre pour autant le rendement épuratoire de la station, en
maintenant l'oxygène dissous aux environs de 2 mg/L partout dans le bassin d'aération.
Le second volet du problème est résolu via un modèle multicritère d'aide à la décision. Ce
modèle, élaboré sur la base des méthodes ELECTRE III et PROMETHEE II, ainsi que
des travaux de Dérot et al. (1994), permet d'agréger les performances des six chaines
d'épuration des eaux usées municipales modifiées et améliorées artificiellement par
l'intégration des MEEE et d'autres procédés, suivant quatorze critères de décision, afin de
les classer de la meilleure à la moins bonne.
Les MEEE retenues par l'analyse conjonctive sont d'abord intégrées par simulation dans
les chaînes d'épuration existantes et modifiées, le cas échéant. Ce qui donne de nouvelles
chaînes d'épuration artificielles construites sur la base de chaînes existantes suivantes :
chaîne 1 : BiofiItration modifiée (construite à partir de la chaîne d'épuration Biofiltration
existante); chaîne 2: Physico-chimique modifiée (construite à partir de la chaîne
d'épuration Physico-chimique existante); chaîne J: Réactéurs Biologiques séquentielsR.
B.S. (construite à partir de la chaîne d'épuration, R.B.S. type 1 existante); chaîne 4:
Boues activées conventionnelles (construite à partir de la chaîne d'épuration, R.B.S. type
II existante); chaîne 5 : Boues activées à aération prolongée (construite à partir de la
chaîne d'épuration Boues activées conventionnelles existante) et chaîne 6: Étangs aérés
(construite à partir de chaîne d'épuration Étangs aérés facultatifs existante). On évalue par
la suite la performance globale de celles-ci, à partir des critères techniques, énergétiques,
économiques, environnementaux et socio-ergonomiques, pour enfin appliquer la méthode
d'agrégation multicritère.
Les résultats obtenus montrent que, parmi les SIX chaînes d'épuration artificielles
analysées, les trois premières positions sont occupées respectivement par les chaînes de
type 1) Réacteurs Biologiques Séquentiels (R.B.S.), 2) Biofiltration modifiée et 3) Boues
activées conventionnelles. Dans le cadre de l'expansion du parc québécois des ouvrages
d'assainissement des eaux usées municipales, lorsqu'il s'agit de choisir des technologies
efficaces sur le plan électrique, ces trois premières seront considérées comme les
meilleures dans la fourchette de débits d'eau considérés. Les deux volets du problème
utilisent des données provenant de six stations d'épuration des eaux usées municipales du
Québec. Il s'agit des stations de Châteauguay (Biofiltration), de Laval-Fabreville (Physicochimique),
de Black Lake (Réacteurs Biologiques Séquentiels type 1), de Saint Georges
(Réacteurs Biologiques Séquentiels type II), de Victoriaville (Boues activées
conventionnelles) et de Varennes (Étangs aérés facultatifs).
Les annexes 4 et 5 présentent deux articles scientifiques qui donnent le détail sur ce
premier volet du problème. Le premier article intitulé "Applicabilité des mesures
d'efficacité énergétique électrique dans les ouvrages d'épuration des eaux municipales",
établit un ensemble des mesures d'efficacité énergétique électrique technique
potentiellement applicables dans les stations d'épuration des eaux usées municipales. Le
deuxième article intitulé "Modélisation multicritère pour l'amélioration de l'efficacité
énergétique dans les stations d'épuration des eaux usées municipales", présente l'analyse
conjonctive comme approche d'analyse dans le choix des MEEE susceptibles d'être
utilisées dans les systèmes d'épuration des eaux usées existantes en vue d'en minimiser le
niveau de la consommation électrique.
L'annexe 6 présente l'article décrivant la démarche utilisée au niveau de l'analyse
multicritère appliquée aux six chaînes d'épuration modifiées et améliorées par l'intégration
des MEEE et d'autres procédés. L'article, intitulé "Évaluation multicritère de la
performance globale de procédés d'épuration des eaux usées améliorées par l'intégration
de mesures d'efficacité énergétique", propose une classification multicritère de six
différentes chaînes d'épuration modifiées et améliorées par l'intégration des MEEE et
d'autres procédés.


identifier: Pontlevoy, Olivier  (2004). Modélisation hydrogéologique pour supporter la gestion du système aquifère de la région de Ville-Mercier.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 172 p.

subject:
hydrogéologie
contamination
système aquifère
aquifère granulaire
modélisation
gestion
hydrologie
géologie
Ville de Mercier

abstract:
Le cas de contamination des aquifères granulaires et de roc fracturé de Ville-Mercier par
des liquides organiques immiscibles denses et des composés dissous dans l'eau
souterraine existe depuis maintenant près de 30 ans. Pour contrôler la contamination de
l'aquifère, le ministère de l'Environnement du Québec a mis en place un système de
pompage et traitement des eaux contaminées et a délimité une zone à l'intérieure de
laquelle le pompage est interdit. Cependant, la région entourant Ville-Mercier a
développé une très forte activité maraîchère avec des besoins en eau croissants qui
nécessitent une gestion de l'aquifère pour le protéger.
Un modèle numérique régional 2D d'écoulement de l'eau souterraine a donc été
développé afin de simuler le comportement de la nappe dans les conditions actuelles et
hypothétiques pour soutenir la définition de règles d'exploitation de l'aquifère. Le
modèle produit est cohérent par rapport aux observations faites sur le terrain et a été
utilisé dans des conditions de régime permanent et transitoire. Les simulations ont
apporté une meilleure compréhension de l'hydraulique régionale, elles ont permis
d'estimer les aires d'alimentation des principaux puits municipaux, et d'estimer la
sensibilité de l'aquifère à des variations éventuelles de la recharge. Sur la base de ces
résultats, nous recommandons l'établissement dans la région de zones bien délimitées
avec des contraintes d'exploitation spécifiques. Un guide d'exploitation a aussi été
proposé comme outil de gestion de l'aquifère.
Le système de pompage et traitement actuellement en place au site des anciennes lagunes
de Ville-Mercier arrive en fin de vie. Pour choisir la technologie de remplacement la plus
adaptée au site, un modèle d'écoulement 3D multicouche représentant le détail de
l'écoulement de l'eau souterraine dans le secteur des anciennes lagunes a été développé.
Ce modèle représente à la fois l'écoulement dans l'aquifère fluvio-glaciaire de sable et
gravier et dans l'aquifère de roc régional. Ces aquifères sont mis en contact par des
fenêtres dans les couches de till les séparant et une attention particulière a été apportée au
niveau de ces fenêtres lors du calage du modèle. Les résultats obtenus sont satisfaisants
par rapport à l'écoulement souterrain à la fois dans les dépôts meubles et dans le roc, et
les échanges hydrauliques entre les deux aquifères sont bien représentés. Il semble aussi
que les fenêtres dans le till qui ont été observées lors des forages aient un effet
hydraulique plus important que ce qui a été estimé par les travaux antérieurs. Les
simulations réalisées ont montré que le pompage exercé par les puits du Ministère avait
inversé le sens d'écoulement entre ces deux aquifères et que son contrôle sur la migration
des contaminants était efficace.

Abstract

 The contamination of a granular as well as a fractured bedrock aquifer by DNAPL and
dissolved contaminants at Ville-Mercier started 30 years ago. The Quebec Environment
Ministry controlled this problem by implementing a pump-and-treat system designed to
intercept the dissolved contaminant plume, and by defining a controlled area within
which groundwater pumping is prohibited. The area surrounding Ville-Mercier, within
and outside the controlled zone, is a very active agricultural area dedicated mostly to
growing vegetables and groundwater is needed to support this expanding industry. The
regional fractured bedrock aquifer in the area is thus increasingly used and groundwater
management is required to protect it.
A 2D regional flow model was developed to simulate the behaviour of the flow system
under present-day and alternative withdrawal regimes. This model was used to support
the definition of a set of aquifer management guidelines. This model is consistent with
field observations and has been used under transient and steady state flow conditions. A
better understanding of the hydrogeological system, the estimation of the aquifer
sensibility to recharge changes and an estimation of main municipal wells contribution
areas were achieved by different simulations. On the basis of those results, we recommend groundwater exploitation zones with specific groundwater use constraints. A
groundwater exploitation guide is also proposed as an aquifer management too1.
The pump and treat system presently in use at the former Ville-Mercier lagoons is
becoming obsolete. In order to choose a better adapted technology to replace this system,
a multi-layer 3D model representing water flow at the contaminated site in detail was
developed. The model considers both groundwater flow in the sand and gravel fluvio-glacial
deposit and regional groundwater flow in fractured rock. The sand and gravel unit
is directly in contact locally with the underlying bedrock aquifer through windows in the
layer of till overlying the bedrock, so we focused our attention on these windows during
the calibration tests. Simulated water flow obtained from this model in comparison with
observed groundwater flow in both rock and sand and gravel aquifers is representative
and hydraulic exchanges between those 2 aquifers are well characterized. The model has
shown that windows in the till seem to have more effect than observed previously, and
that the pump and treat withdrawal in this area has reversed the vertical water flow
through till windows. This system is seen to be successful for contaminant plume control.


identifier: Labarre, Thibault  (2011). Variables géo-écologiques influençant l'enregistrement d'un signal climatique dans les cernes de croissance de l'épinette noire (Picea mariana mill. BSP) dans la partie nord de la forêt boréale, Québec.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 77 p.

subject:
dendrochronologie
climat
variables géo-écologiques
couvert forestier
profondeur de sol
pente
forêt boréale
épinette noire
Baie de James

abstract:
Cette étude a été menée dans l’objectif de déterminer les principales variables géo-
Écologiques qui concourent à l’enregistrement du climat par les cernes de croissance de
l’épinette noire. Des dendroséries ont été construites à partir de 12 populations d’épinette
noire réparties le long du complexe hydroélectrique La Grande Rivière dans la région de la
baie de James. Dans un premier temps, des sites ont été sélectionnés afin de tester la réponse
des arbres au climat en fonction de trois grands facteurs : la densité relative du couvert
forestier (ouvert et fermé), la pente moyenne du site (nulle, faible, forte), et la profondeur du
sol (épais et mince). Dans un second temps, certaines variables géo-écologiques relatives aux
arbres ont été retenues afin de tester leur réponse individuelle au climat en fonction de leur
âge, du pourcentage de branches mortes, de la microtopographie, de la projection de leur
couronne au sol, de leur hauteur, de la circonférence des tiges et du nombre de marcottes.
Ensuite, des fonctions de réponse ont été calculées en confrontant des variables construites au
moyen de descripteurs des cernes annuels à des conditions spécifiques révélées par des
moyennes mensuelles. L’étude a d’abord porté sur des dendroséries standardisées par
peuplement choisi sur des sites jugés homogènes au plan des conditions géo-écologiques en
vue de les comparer et d’en tirer une interprétation des différences interstationnelles. Puis, le
travail a été reproduit, en utilisant les chronologies standardisées pour chacun des arbres au
sein de chaque site pour évaluer la variabilité intrastationnelle. Enfin, les facteurs géo-
écologiques relatifs à chacun des sites ont été testés, puis les variables rattachées aux
individus afin de déterminer ceux et celles qui influencent le plus la réponse des arbres au
climat aux deux échelles. Les résultats ont dévoilé que les milieux forestiers ouverts,
composés de jeunes individus (< 100 ans), étaient ceux qui répondaient le plus
significativement aux températures et à la quantité d’eau susceptible d’être perdue vers
l’atmosphère par le biais du sol (évaporation) et des plantes (transpiration). Les milieux
fermés, qui sont composés d’arbres plus âgés, répondent significativement à l’abondance de la
neige et à la quantité de pluie. Le nombre de marcottes pourrait avoir une influence sur la
réponse des arbres aux températures maximales et minimales et à la perte d’eau du sol et de la
végétation. De plus, les fonctions de réponse aux paramètres climatiques de la croissance
radiale des arbres individuels indiquent que les arbres vivant sous des conditions jugées
homogènes (couvert forestier, pente et profondeur de sol), ne répondent pas tous
significativement au climat. Le biotope semble considérablement influencer la capacité de
l’arbre à répondre au climat par ses cernes. À la lumière de ces résultats, il semble judicieux
d’utiliser, d’une part, les milieux forestiers ouverts pour reconstituer les températures et,
d’autre part, les milieux fermés pour reconstituer les précipitations sous forme liquide et
solide.

Abstract

The objective of study was to discriminate the geoecological variables that contribute
to climate recording in black spruce tree-rings. Tree-rings series were obtained from 12
populations of black spruce sampled within the hydroelectric complex of La Grande River in
the James Bay area. Sites were initially selected to test the stand response to climate
according to three factors: relative density of the forest cover (open, mid-density, or closed),
average slope of the site (none, gentle or steep), and soil thickness (thick or thin). Then, some
geoecological variables specific to trees were chosen to test the response of individual trees to
climate with relation: to tree age, percentage of dead branches, microtopography, crown
projection over the ground, stem height, circumference and number of layers. Response
functions were calculated by using two sets of variables: the annual rings characteristics and
the monthly climate variables. Such functions were calculated in order to perform inter-stand
comparisons and within every stands to estimate inter-tree variability. A particular attention
was paid to site-specific, tree-specific geoecological factors in order to detect which variables
most influenced the response of trees to climate. Results revealed that opened forest
environments, composed of young individuals (< 100 years), responded most significantly to
temperature and water lost to the atmosphere by soil (evaporation) and plants
(evapotranspiration). Stands including old trees responded significantly to snow depth and
rainfalls. Results highlight that the number of layers could influence the response of trees to
the maximum and minimum temperatures and to water loss by the soil and the vegetation.
Moreover, the response functions of radial growth of individual trees to climatic variables
showed that the living trees under homogeneous conditions (forest cover, slope, and soil
depth), do not all significantly respond to climate. The biotope seems to influence
considerably the capacity of trees to respond to climate. In light of these results, it seems
advisable to use open forest environments for temperature reconstructions, and closed forests
for liquid or solid precipitation reconstructions.


identifier: Zaviska, François  (2011). Modélisation du traitement de micropolluants organiques par oxydation électrochimique.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 385 p.

subject:
procédé d’oxydation avancée
radicaux hydroxyles
composé organique réfractaire
eau
potable
eau usée résiduaire
effluent industriel
électrochimie
électrolytique

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.

La pollution de l’environnement par des contaminants organiques réfractaires d’origine urbaine
ou industrielle (résidus médicamenteux, pesticides, etc.) est un défi majeur que doivent affronter
impérativement les scientifiques et les responsables de l’écologie et du développement durable.
Ces composés ne sont généralement pas éliminés dans les filières habituelles de traitement des
eaux usées et s’accumulent dans le milieu récepteur provoquant, en raison de leur persistance et
de leur toxicité, des bouleversements significatifs sur la faune aquatique et, par conséquent, se
révèlent potentiellement préjudiciables aux êtres humains. Les recherches actuelles s’orientent
vers des techniques plus efficaces pour le traitement de ces nouveaux polluants organiques
faisant ainsi appel aux procédés d’oxydation avancée parmi lesquels le traitement électrolytique
se révèle particulièrement prometteur.
L’objectif de ce projet est d’évaluer l’efficacité de l’électro-oxydation en utilisant la
méthodologie de plan en surface de réponse dans le traitement d’effluents urbains et industriels
contenant divers types de composés organiques persistants. La complémentarité entre l’effet
direct et indirect du courant électrique constitue un atout majeur de cette technologie susceptible
d’agir sur les polluants organiques de deux manières différentes. L’effet direct permet, par
décharge anodique sur la molécule d’eau, de générer, sur les sites actifs des anodes, des radicaux
hydroxyles capables de dégrader efficacement et de manière non sélective n’importe quel
composé organique jusqu’à sa minéralisation. Tandis que l’effet indirect permet de produire in-
situ des oxydants certes moins puissants, mais plus aptes à réagir avec ces polluants. Le matériel
électrolytique utilisé afin de réaliser cette étude est composé d’une cellule cylindrique à
électrodes circulaires ce qui a permis, à l’échelle du laboratoire, d’évaluer et d’optimiser le
procédé.
Dans un premier temps, la cellule électrochimique a été caractérisé en termes de production
d’intermédiaires oxydants, tel que le chlore actif. La meilleur efficacité de courant a été
enregistrée lors de l’electrolyse d’une solution à 1.0 g.L-1 de chlorure de sodium avec une densité
de courant de 15 mA.cm-2 conduisant à un taux de production de chlore actif d’environ
6 mg.min-1.
Par la suite, ce procédé d’électrooxydation a été appliqué pour le traitement d’effluents
synthétiques contenant divers types de polluants organiques réfractaires. Les premiers polluants
étudiés ont été des colorants organiques de synthèses, puis l’atrazine, la chloretétracycline et
enfin le bisphénol A. Les différents paramètres inhérents a ce procédé tels que l’intensité de
courant, le temps d’électrolyse, le type d’électrode, la température, le débit de recirculation, le
type et la concentration en électrolyte ont été évalués et optimisés en termes d’efficacité de
dégradation et de coût énergétiques. Parmi les différentes électrodes anodiques (Ti/IrO2, Ti/SnO2 et Ti/PbO2) mise à
disposition pour cette étude, Ti/PbO2 apparait comme étant l’électrode la plus efficace pour
dégrader les divers polluants organiques étudiés permettant ainsi d’obtenir des rendements
d’abattement supérieur à 90% quelque soit le polluant. L’utilisation d’un logiciel de plan
d’expérience a permis de décrire les différents processus de dégradation et d’évaluer les effets
propres à chaque paramètre ainsi que leur intéractions éventuelles. De plus, à partir des modèles
mathématiques issus des plans d’expériences réalisés, une optimisation précise du procédé a été
effectuée afin de déterminer les conditions opératoires optimales. Cette étude a permis
également, au cours de la dégradation de la chloretétracycline, de mettre en évidence la part de
l’effet direct et indirect du courant électrique et ainsi de mieux comprendre les mécanismes de
dégradation mis en jeu. L’analyse des sous-produit de dégradation du BPA a permis de proposer
un mécanisme réactionnel de dégradation. Enfin, une fois les conditions optimales de
dégradation de BPA déterminées, celles-ci ont été appliquées pour le traitement d’effluents réels
issu de station d’épuration contaminé artificiellement par ce type de polluant.


identifier: Noël, Philippe  (2011). Découpage d'un bassin hydrographique en versants: délimitation automatique, évaluation de leur fonction largeur et analyse comparative en modélisation hydrologique.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 112 p.

subject:
algorithme
bassin versant
modèle hydrologique
système d'information
géographique
HYDROTEL
SIG
PHYSITEL

abstract:
La subdivision des bassins versants en unités hydrologiques appropriées est
essentielle à la représentation des processus de modélisation du ruissellement de
surface et de rabattement de la nappe en modélisation hydrologique distribuée. Une
unité intuitivement logique pour ce faire est le versant. Les fonctions largeurs reliées aux
versants peuvent alors être utilisées comme représentation unidimensionnelle d'un
terrain tridimensionnel en introduisant les courbures de profil et les formes de plan. Un
algorithme a été développé pour délimiter et extraire les versants et leur fonction largeur
en calculant une moyenne des courbures de profil et des formes de plan sur un versant
donné. L'algorithme qui est indépendant de la résolution du modèle numérique d'altitude
(MNA) permet d'associer aux versants les neufs formes élémentaires de Dikau (1989).
Cet algorithme a été testé sur deux bassins versants du Québec, au Canada: un plat et
l'autre avec des pentes plus abruptes. Les résultats montrent une bonne représentation
de la surface des versants par leurs fonctions largeurs et ce, sur l'ensemble des deux
bassins à l'étude.
De plus, un modèle hydrologique combiné à un système d'information
géographique (SIG) a été utilisé pour analyser l'impact de deux unités hydrologiques de
découpage spatial, le sous-bassin et le versant, sur les processus hydrologiques
simulés et la performance générale de simulation du débit à l'exutoire. En utilisant une
approche par calage automatique afin d'obtenir des résultats objectifs, les différents
paramètres sensibles du modèle et les résultats intermédiaires et finaux ont été
analysés pour les deux découpages. Lorsque l'on compare le découpage en versants à
celui par sous-bassins, on observe que les chroniques de débits simulés indiquent une
plus grande variabilité et une réponse en amplitude plus importante et ainsi mieux
adaptée pour modéliser les pics d'été/automne en accordance avec les données du
bassin expérimental du ruisseau des Eaux-Volées au Québec, Canada. Cependant, les
analyses statistiques montrent que les résultats en sous-bassins sont quelque peu
meilleurs pour la période entière de calage et de validation.


identifier: Wright-Holfeld, Abhidheya  (2011). The geology and geochemistry of the world-class Westwood deposit, Abitibi Subprovince, Québec.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 120 p.

format: application/zip application/pdf

subject: géologie géochimie gisement forage Westwood Warrenmac or

abstract:
The 4 Moz world-class Westwood gold deposit is located within the Doyon-Bousquet-
LaRonde mining district of the Abitibi green stone belt of northwestern Québec. It is
comprised of three mineralised corridors, stacked within the Bousquet Formation: the Zone 2
Extension in the basal strata to the north, the North Corridor in the central stratigraphy, and
the Westwood-Warrenmac in the upper units to the south. This study focused on six closely-
spaced drill-ho les that are aligned on a vertical cross-section cutting through the three
mineralised corridors along the central axis of the deposit.
Various alteration assemblages and ore styles characterise the mineralised zones at
Westwood. Widespread quartz-chlorite-sericite alteration and proximal Mn-garnet alteration
are indicative of a volcanogenic massive sulphide (VMS)-style alteration halo for the
Westwood-Warrenmac and North Corridors. Intense deformation in the rocks associated with
the Zone 2 Extension prevents a definitive statement on the origin of its vein and
dissemination-style mineralisation. Alteration mineralogy observed at Westwood is a
reflection of element net loss and gain from the system due to hydrothermal activity. Net
mass gains in K and mass losses in Na in a wide zone encompassing the North Corridor and
Westwood-Warrenmac footwall demonstrate there were widespread effects of the ore-
forming hydrothermal system on the host volcanic rocks. Results of mass change calculations
for the Westwood deposit host rocks are used to make initial inferences as to the nature of
fluid flow in the ore-forming hydrothermal system, and help to define vectors toward the
mineralisation. Mn-rich garnet and Mg-rich chlorite, as well as sericite and biotite alteration,
indicate that the mineralizing fluid transported substantial amounts of Mn, Mg, and K, and
leached the system extensively of Na.
Mineralogical and geochemical observations made at Westwood suggest that primary
permeability of volcanic rocks played a major role in controlling the ore and alteration
distribution. High-field strength elements and Y show patterns of maximum mass loss
associated with the Westwood-Warrenmac Corridor mineralisation and inferred primary
fragmentaI areas, and maximum mass gains associated with the bounding Bousquet Fault.
This allows for the inference that hydrothermal f1uids at Westwood leached the underlying
rock of elements and re-deposited them higher in the stratigraphy.
Based on these observations, the Westwood-Warrenmac Corridor is thought to be an
Au-rich volcanogenic massive sulphide lens. The North Corridor polymetallic veins may
represent feeders to the Westwood-Warremnac ore lenses, or may be the result of a weaker or
earlier VMS mineralising system. The Zone 2 Extension shares characteristics with Au-rich
sulphide veins and disseminations of the neighbouring Doyon intrusion-related deposit.
However, some alteration traits similar to those of the North Corridor and Westwood-
Warremnac ore zones, suggest that there may have been a hybrid-type mineralisation event
for the Zone 2 Extension, or the overprinting of VMS-related alteration in the Zone 2
Extension host rocks.
Le gisement de classe mondiale Westwood, qui fait partie de la ceinture de roches vertes
de l'Abitibi dans le nord-ouest québécois comprend trois corridors minéralisés superposés
à l'intérieur de la Formation de Bousquet: la Zone 2 Extension au nord, le corridor Nord
dans la partie centrale de la stratigraphie, et le corridor Westwood-Warrenmac au sud.
Cette étude est basée sur l'étude de six forages rapprochés qui sont alignés selon une
coupe verticale qui recoupe les trois principaux corridors minéralisés dans la partie
centrale du gisement.
Divers assemblages d'altération et divers styles de minéralisation sont associés au
gisement Westwood. Une altération étendue à quartz-chlorite-séricite et une altération
proximale à grenat manganésifère définissent un halo d'altération de type sulfures massifs
volcanogènes (SMV) pour les corridors Nord et Westwood-Warrenmac. La déformation
intense, développée dans le corridor de la Zone 2 extension, limite grandement la
possibilité de proposer une interprétation définitive sur la nature de l'altération et de la
minéralisation de type veines et disséminations dans ce corridor.
Les variations minéralogiques des zones d'altérations présentes sur le gîte
Westwood reflète les gains et les pertes d'éléments reliés à la circulation des fluides
hydrothermaux. Les gains en K et les pertes en Na, développés dans une large zone au
pourtour des corridors Nord et Westwood-Warrenmac, démontrent l'étendue importante
de la zone d'influence du système hydrothermal minéralisateur sur les roches volcaniques
hôtes du gisement. Les résultats des calculs de changement de masse pour le secteur
Westwood sont utilisés pour discuter de la circulation des fluides dans le secteur à l'étude
et pour définir des vecteurs géochimiques vers les zones minéralisées. La présence de
grenats riches en Mn, de chlorite riche en Mg, de même que la présence de séricite et de
biotite indique que les fluides minéralisateurs transportaient des quantités considérables
de Mn, Mg et de K et avaient la capacité de lessiver le Na.
La distribution des assemblages minéralogiques et les vecteurs géochimiques
observés à Westwood suggèrent un lien entre la texture primaire des roches hôtes et
l'altération hydrothermale, la perméabilité primaire ayant facilité la circulation des fluides
minéralisateurs. Les éléments à fort champ ionique (High-Field Strength Elements -
HFSE) et l'yttrium définissent des zones de perte de masse maximales à proximité du
corridor Westwood-Warrenmac, en association avec des roches fragmentaires, et des
zones de gain de masse à proximité de la faille Bousquet. Ceci permet de suggérer que les
fluides hydrothermaux à Westwood ont lessivé les roches de l'éponte inférieure et que
certains des éléments lessivés ont été concentrés dans les roches de l'éponte supérieure.
Les observations effectuées à Westwood dans le cadre de cette étude permettent
de proposer que les minéralisations associées au corridor Westwood-Warrenmac sont
associées à la mise en place d~ style sulfures massifs volcanogènes aurifères. Les veines
polymétalliques du corridor Nord représentent possiblement les conduits nourriciers
développés dans l'éponte inférieure du corridor Westwood-Warrenmac ou encore un
événement de minéralisation de type SMV de faible intensité. Les minéralisations
associées au corridor Zone 2 Extension partagent plusieurs caractéristiques communes
avec les zones de veines et disséminations associées à une intrusion formant la Zone 2 à
la mine Doyon, à environ 2 kilomètres à l'ouest de Westwood. Par contre, certaines
similitudes entre les altérations du corridor Zone 2 extension et celles des corridors Nord
et Westwood-Warrenmac à Westwood suggèrent la possibilité d'un système hybride pour
les veines de la Zone 2 Extension, ou encore la superposition des altérations de style
sulfures massifs volcanogènes associées au corridors Nord et Westwood-Warrenmac sur
les altérations du corridor Zone 2 extension.


identifier: Warren, Annabelle  (2011). Suivi des cyanobactéries en milieu lacustre par fluorimétrie in vivo.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 132 p.

subject:
cyanobactérie
milieu lacustre
fluorimétrie in vivo
Microcystis
biomasse
YSI
BBE
lac Saint-Charles

abstract:
Depuis les dernières décennies, les épisodes d'efflorescences de cyanobactéries
potentiellement toxiques connaissent une augmentation importante dans les écosystèmes d'eau
douce à l'échelle mondiale, menant à l'émergence d'un besoin de suivre rapidement leur
développement. Dans les écosystèmes aquatiques d'eau douce, la détection de la fluorescence
in vivo (FIV) du pigment phycocyanine (PC) a été associée à la présence des cyanobactéries et
utilisée comme un indice de suivi. Selon les analyses réalisées en laboratoire avec la souche
unicellulaire de Microcystis, le fluorimètre YSI utilisé dans cette étude sous-estime fortement la
densité des cellules avec la calibration du fabricant (l'erreur relative moyenne: 99 %). Par
contre, la FIV de la PC détectée par le YSl est fortement liée (r² = 0.97, P < 0.0001) à la densité
des cellules de Microcystis quantifiée par microscopie. L'application d'une méthode de
calibration a posteriori des valeurs détectées permet d'améliorer l'estimation de la densité des
cyanobactéries, mais l'erreur relative moyenne demeure élevée (> 21 %), en particulier pour une
densité de cellules inférieure à 20 000 cellules ml⁻¹ (54 %). La performance du fluorimètre YSI
peut être améliorée à l'aide d'une calibration en laboratoire réalisée avec une souche
unicellulaire de la cyanobactérie Microcystis, mais en présence de formes coloniales, la justesse
des estimés et la relation avec la densité «équivalente» est faible (r²= 0.55, P = 0.0002) et
l'incertitude associée à l'estimation de la densité cellulaire est importante (> 38 %). Selon les
essais réalisés à partir du YSI fraîchement calibré, les limites de détection (LDM) et de
quantification (LQM) de la méthode sont plus élevées lorsque les populations de cyanobactéries
sont dominées par une forme coloniale. Les résultats suggèrent que les valeurs détectées par le
YSI demeurent semi-quantitatives pour les densités entre la LDM et la LQM, soit entre 8200 et
19 300 cellules ml⁻¹, et que le dépassement du seuil de 20 000 cellules ml⁻¹ peut théoriquement
être détecté de façon juste car cette valeur est supérieure à la LQM établie pour l’appareil en
présence de formes coloniales de Microcystis. Le fluorimètre BBE calibré par le fabricant ne
permet pas de détecter les cyanobactéries en présence de la souche unicellulaire de
Microcystis (r²= 0.24, P < 0.01), mais permet de suivre leur biomasse totale. Toutefois, en
présence de la souche coloniale de Microcystis, le BBE distingue le groupe des cyanobactéries
(r²=  0.83, P < 0.0001) mais leur biomasse est sous-estimé. Selon les analyses fluorimétriques
réalisées en milieu naturel, avec la calibration du fabricant, le fluorimètre YSI sous-estime
fortement la densité des cellules de cyanobactéries (l'erreur. relative moyenne > 83 %). Avec
l'application de la méthode de calibration a posteriori développée en laboratoire pour la souche
unicellulaire de Microcystis, la justesse des estimés est améliorée pour les valeurs au-dessus de
la LQM (l'erreur relative moyenne en 2007: 48 %; en 2008: 30 %), ce qui permet d'utiliser les
valeurs estimées pour suivre rapidement le développement des populations de cyanobactéries
au lac Saint-Charles. Pendant la période de suivi en 2007, la densité des cellules de
cyanobactéries estimées à partir de la FIV de la PC détectée in situ est fortement liée à la
densité « équivalente » des cyanobactéries (r² = 0.87, P < 0.0001). La relation obtenue pour la
période de suivi en 2008 est moins forte (r² = 0.76, P = 0.0005). Les équations de calibration
a posteriori développées pour les deux périodes de suivi en 2007 et 2008 au lac Saint-Charles,
en utilisant les valeurs quantifiées par microscopie pour chacune des années permettent
d'améliorer davantage la justesse de l'estimation pour les valeurs au dessus de la LQM (l'erreur
relative moyenne en 2007: 22 %; en 2008: 16 %). Dans les conditions de l'étude menée au lac
Saint-Charles, le fluorimètre BBE calibré par le fabricant ne permet pas de détecter la présence
de cyanobactéries mais permet de suivre la biomasse totale du phytoplancton. Selon les valeurs
de FIV de la PC détectées au lac Saint-Charles avec le YSI et calibrées a posteriori, le seuil de
20 000 cellules ml⁻¹ est dépassé dans l'épilimnion dès le début du mois de juillet et jusqu'au
début du mois d'octobre en 2007. De plus, la présence de fortes densités de cellules
cyanobactériennes est détectée dans l'hypolimnion au début de l'automne, ce qui est confirmé
par l'analyse microscopique. Les valeurs de FIV détectées avec le YSI en 2008 et calibrées
a posteriori indiquent que le seuil de 20 000 cellules ml⁻¹ est dépassé dans l'épilimnion du lac
Saint-Charles pendant deux périodes en juillet-août et septembre-octobre 2008, mais la
population de cyanobactéries est surtout composée de picocyanobactéries coloniales non
toxiques ne formant pas d'efflorescences (Aphanocapsa, Aphanothece).


identifier: Proulx-McInnis, Sandra  (2010). Caractérisations hydrologique, topographique et géomorphologique d'un bassin versant incluant une tourbière minérotrophe fortement aqualysée, Baie-de-James, Québec.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 185 p.

subject:
hydrologie
topographie
cartographie
géomorphologie
bassin versant
tourbière minérotrophe
Baie-de-James

abstract:
Les tourbières minérotrophes occupent près de 20% de la superficie jamésienne (moyen-
Nord québécois), territoire où les grands aménagements hydrauliques fournissent près de 50% des
besoins en électricité de la province. Bien que peu documentée dans la littérature, l'hydrologie de
ces écosystèmes est complexe et mérite des études plus approfondies. Selon des observations
récentes, plusieurs tourbières minérotrophes subiraient un phénomène d'aqualyse, consistant en
un accroissement et une coalescence de leurs mares au détriment des lanières qui s'affaissent et
se dégradent. Une meilleure compréhension de leur comportement hydrologique est nécessaire et
ce, afin de modifier les modèles de prévision servant à prédire les apports en eau aux réservoirs
hydroélectriques. Une amélioration des connaissances afférentes aux caractéristiques
physiographiques de ces tourbières et une évaluation de leurs principaux mécanismes de gains et
de pertes d'eau sont indispensables afin de modéliser de manière adéquate les écoulements de ces
écosystèmes. Ce mémoire s'intéresse à un petit bassin versant de 12,5 ha, situé dans le nord-
boréal québécois à proximité du barrage Laforge-1 d'Hydro-Québec, incluant une tourbière
minérotrophe fortement aqualysée.
Les principaux objectifs des travaux présentés dans ce document consistent à: (1)
caractériser les variabilités topographique et morphologique du bassin versant et de le représenter
en trois dimensions par la cartographie; (2) étant donné la rareté relative de mesures
hydrologiques dans les tourbières, mesurer l'évapotranspiration réelle (ETR) sur un sol tourbeux
à l'aide d'un lysimètre et (3) calculer les bilans hydrologiques du bassin versant pour la saison
estivale 2009 à différents pas de temps.
Des relevés topographiques à l'aide d'un GPS RTK (Global Positioning System - Real
Time Kinematic), d'une tige métallique graduée ainsi que d'un Géoradar ont été réalisés sur le
site entre mars et octobre 2009. Différents instruments ont également été installés, afin de récolter
les données nécessaires au calcul des précipitations, du ruissellement de surface, de la variation
du . niveau de nappe phréatique, de la variation de stockage en eau ainsi que des
évapotranspirations réelle et potentielle.
Une interpolation géostatistique de la surface du site par krigeage ordinaire ainsi que de
l'épaisseur de tourbe obtenue par (1) les sondages avec la tige métallique graduée ainsi que par
(2) les relevés Géoradar, ont permis de mettre en évidence la pente et la topographie du site à
l'étude. Une analyse comparative a montré les avantages et limites de ces deux méthodes de
mesure de la profondeur de tourbe. Le modèle numérique de terrain (MNT), réalisé avec le
logiciel ArcGIS v.9.2 à partir de l'ensemble des données récoltées par les méthodes d'arpentage,
montre une pente relativement élevée pour ce type d'écosystème (1,77%). Cette caractéristique
jumelée à l'observation conceptuelle, permet de suggérer un mouvement d'eau amont-aval au
travers les lanières. En effet, il s'établit, lors d'une importante précipitation, un écoulement sub-
superficiel limité par la conductivité hydraulique à saturation du matériel composant les lanières.
Ce dernier, causé par le gradient hydraulique entre les mares amont et aval, alimente
partiellement la plus grande mare (près de l'exutoire).
Un lysimètre, basé sur les mesures de niveau d'eau dans le milieu ambiant et dans un bloc
de tourbe isolé, a été installé sur la tourbière du bassin-versant à l'étude. La sensibilité de
certaines composantes du système à l'humidité nuisant à son bon fonctionnement, de nouveaux
capteurs plus robustes ont été utilisés durant la seconde année. Après reconfiguration du système,
le nouveau lysimètre fut installé durant deux semaines à l'été 2010 sur une tourbière ombrotrophe
de 10,9 ha à Pont-Rouge (sud du Québec). Les résultats étant concluants, une réinstallation de
l'appareil sur le site d'étude à la Baie-de-James serait envisageable dans l'avenir.
Des bilans hydrologiques ont été calculés à des pas de temps saisonnier, mensuel et
quotidien à partir des données de précipitation provenant de la station météorologique (P), de
niveaux de nappe phréatique obtenus à partir des puits équipés d'une jauge à pression
hydrostatique (ΔWL), de ruissellements de surface mesurés par les puits jumelés aux canaux
trapézoïdaux situés à l'exutoire du site (Q) ainsi que d'évapotranspiration potentielle (ETP)
calculée par différentes équations semi-empiriques (Penman-Monteith, Priestley-Taylor et
Thornthwaite). Les résultats obtenus par la formule de Penman-Monteith différaient
significativement des deux autres équations. Le bilan hydrologique a donc été recalculé avec
cette formule. La matrice tourbeuse absorbant beaucoup d'eau, le puits jumelé à une jauge à
pression hydrostatique n'expliquait qu'en partie la variation de stockage en eau dans la tourbe
(Δs/ Δt). En effet, cette jauge ne mesure que l'eau gravitaire, faisant fi de la variation de l'eau
dans la frange capillaire (zone de battement de la nappe) et dans la zone non-saturée. Les résultats
montrent que les niveaux mesurés .dans les puits expliquent 32 et 36% de la variation de stockage
en eau dans la colonne de tourbe (selon l'équation d'ETP choisie). La quantification du terme
Δs/ Δt s'avère ainsi un élément limitant au calcul du bilan hydrologique dans ce type de milieu. Le
stockage en eau ainsi que le niveau de nappe phréatique augmentent suite à une forte
précipitation. Ce rehaussement de la nappe influence directement le taux d'évapotranspiration. Ce
dernier est élevé en juillet (ETP=66%) par rapport au ruissellement de surface et plus faible vers
la fin septembre (ETP=25%).
Les résultats présentés dans ce mémoire apportent une contribution originale au domaine
de l'hydrologie et contribuent à la compréhension des petits bassins versants dominés par des
écosystèmes tourbeux minérotrophes du nord-boréal québécois.

Abstract

Minerotrophic fens occupy nearly 20% of Northern Boreal Quebec, an area where
hydroelectric dams supply about 50% of the province's needs in electricity. Although this subject
is poorly documented in the literature, it is also well known that the hydrology of these
ecosystems is complex and warrants further studies. According to recent observations, several
minerotrophic peatlands have undergone structural changes due to the aqualysis phenomenon,
which consists of a growth and coalescence of their ponds to the detriment of vegetation strips
that collapse and degrade. A better understanding of their hydrological behavior is required to
adapt the forecasting hydrological models used to predict inflows to hydroelectric reservoirs.
Thus, there is a need to characterize the physiographic features and the individual terms of the
hydrological budget to improve the estimation of runoff from these ecosystems. This Master's
thesis focuses on a small catchment area of 12.5 ha, located in Northeastern Boreal Quebec near
the Laforge-1 Hydro-Quebec dam, which inc1udes a highly aqualysed minerotrophic fen.
The main objectives are: (1) to characterize the topographic and morphological variability
of the aforementioned small catchment and to represent the ecosystem with a 3D mapping; (2) to
measure the actual evapotranspiration (AET) of a peat soil using a lysimeter (given the relative
scarcity of hydrological measurements in peatlands); and (3) to calculate water budgets at
different time steps for the summer of 2009.
Topographic surveys using GPS RTK (Global Positioning System - Real rime
Kinematic), a graduated meter stick and a Georadar (GPR or Ground Penetrating Radar) were
made on the studied site between March and October 2009. AIso, various instruments were
installed to collect the necessary data to calculate precipitation (P), surface runoff (Q),
groundwater level variation (ΔWL), water storage changes (Δs/Δt), and actual and potential
evapotranspirations (AET and PET).
Geostatistical interpolation of the site surface by ordinary kriging and peat thicknesses
obtained by (1) graduated meter stick surveys and (2) Georadar surveys, helped to highlight the
slope and topography of the site. A comparative analysis showed the advantages and limitations
of these two peat depth measuring methods. The Digital Elevation Model (DEM),  made with
ArcGIS v.9.2 from all data collected by the surveying methods, showed a relatively large slope
for this type of ecosystem (1.77%). This feature combined with onsite observations, suggested a
surface water movement through the strips, along this slope. Indeed, during significant rainfalls,
subsurface flow occurs, which is limited by the saturated hydraulic conductivity of the porous
material comprising the strips. This flow, caused by hydraulic gradient between upstream and
downstream ponds, fed in part the larger pond near the outlet.
A lysimeter, using differential water level measurements between the surrounding
environment and an isolated peat block (instead of weighing part of the soil column) was
installed on the studied peatland. The sensitivity to humidity of some system components
affected the functioning. New robust sensors were then used. After reconfiguring the system, the
new lysimeter recorded data during two weeks of summer 2010 on a 1O.9-ha bog of in Pont-
Rouge (Southem Quebec). The results were conclusive. A reinstallation of the instrument on the
study site in the James Bay region would be possible in the future.
Water budgets were calculated at seasonal, monthly and daily time steps with
precipitation data from a meteorological station (P), groundwater levels obtained by wells
equipped with hydrostatic pressure gauges (ΔWL), surface runoff data measured by wells coupled
with trapezoidal channels located at the outlet (Q) and potential evapotranspiration (PET). PET
data were calculated using different semi-empirical equations (Penman-Monteith, Priestley-
Taylor and Thomthwaite). The results obtained by the Penman-Monteith formula differed
significantly from the other two equations. The water budget was calculated with this formula.
The peat matrix absorbs much water. The wells matched to hydrostatic pressure gauges partly
explained changes in water storage (Δs/ Δt) in the peat. Indeed, these gauges measured only
gravitational water, ignoring the water variation in the capillary fringe and the unsaturated zone.
The results showed that the measured levels in the wells explained 32 and 36% of the water
storage variation in the peat column (depending on PET equation). The measurement of Δs/Δt is
thus a limiting factor in the calculation of water budgets in this type of environment. The water
storage and the groundwater level increased due to heavy rainfall. This increase directly
influenced the evapotranspiration rate. The latter was high in July (PET = 66%) compared to
surface runoff and lower in late September (PET = 25%).
The results presented in this master thesis represent an original contribution to hydrology
and contribute to the understanding of small catchments dominated by minerotrophic fen
ecosystems in the Northern Boreal environment of Quebec.


identifier: Labrecque, Karine  (2011). Cartographie numérique de l'humidité de surface des sols à l'échelle de la parcelle agricole à l'aide de la télédétection et de la prospection électrique.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 92 p.

subject:
cartographie
humidité
sol
télédétection
prospection électrique
image satellitaire
RADARSAT-1
IKONOS
bassin versant
fleuve
Saint-Laurent

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.

L'humidité du sol joue un rôle crucial pour les cultures. En effet, ce paramètre détermine la quantité
d'eau et d'air disponible à la plante, deux éléments essentiels pour assurer la croissance des plantes.
L'objectif de ce projet était de proposer une méthode de cartographie numérique de la teneur en
humidité de la couche de surface des sols à l'échelle de la parcelle agricole à l'aide de la télédétection
et de la prospection électrique des sols.
Le projet a été réalisé sur trois parcelles contiguës (15 ha) d'un micro-bassin expérimental du bassin
versant du Bras d'Henri situées sur la rive sud du fleuve Saint-Laurent. Des images satellitaires du
secteur ont été acquises aux printemps 2007 et 2008 par deux types de signal, soit radar
(RADARSAT-1) et optique (IKONOS). La conductivité électrique apparente (CEA) des sols a été
mesurée en mode continu avec le conductivimètre VERIS 3100, dont le signal permet d'acquérir
simultanément des données de conductivité électrique apparente pour des profondeurs de 0-30 et de
0-100 cm. Enfin, une caractérisation spatiale et temporelle de l'humidité de la surface du sol (0-10
cm), à partir de 164 points (grille non alignée de 30 m x 30 m) de mesure géoréférencés, a été
effectuée à l'aide de l'appareil HydroSense CS620 à quatre reprises au cours du printemps 2007 (22,
25 et 28 mai ainsi que le 7 juin) et à huit reprises au cours du printemps 2008 (13, 15, 20, 22, 27, 30
mai ainsi que les 3 et 6 juin).
Dans un premier temps, l'analyse des coefficients de variation (CV) a montré que l'intensité de la
variabilité spatiale et temporelle de l'humidité de surface des sols était généralement modérée (CV =
15-30%). L'analyse variographique des données d'humidité du sol a ensuite montré que cette variable
présentait une structure spatiale dans les champs 1 et 2. Cette structure était particulièrement bien
définie lors de deux relevés effectués en 2008 (27 mai et 3 juin). Ceci s'explique en partie par des
conditions climatiques optimales, soit de faibles précipitations les jours précédant l'acquisition des
mesures d'humidité de surface des sols. Parmi les variables auxiliaires étudiées, la réflectance
associée à la bande spectrale du proche infrarouge (p-PIR) extraite d'une image IKONOS (rs = 0,76)
de même que les valeurs de CEA mesurées entre 0-30 cm avec le VERIS 3100 (rs = 0,73) se sont
révélées les variables les plus corrélées à l'humidité de surface du sol. Les corrélations les plus
élevées ont été mesurées dans les champs 1 et 2 alors qu'elles étaient faibles dans le champ 3 dont
les pratiques culturales et les divers aménagements ont modifié sensiblement les propriétés
pédologiques intrinsèques. Ce sont également les données acquises lors du 27 mai et du 3 juin 2008
qui ont révélé les structures spatiales les plus intéressantes. Une carte numérique de la teneur en
humidité de la couche de surface des sols a donc été réalisée par krigeage ordinaire pour l'ensemble
des trois parcelles pour ces mêmes dates.
Les données de CEA de surface, la p-PIR ainsi que les coefficients de rétrodiffusion du signal HH ont
été utilisés comme covariables pour effectuer les interpolations par cokrigeage. L'apport des variables
auxiliaires de la CEA et du p-PIR ont permis d'améliorer la précision des modèles d'interpolation par
rapport au krigeage ordinaire, plus particulièrement dans les champs 1 et 2 ainsi que pour les
mesures d'humidité recueillies les 27 mai et 3 juin 2008. La télédétection et la prospection électrique
des sols constituent donc des outils utiles pour améliorer la précision de la cartographie numérique de
la teneur en humidité de surface des sols à l'échelle parcellaire mais l'efficacité de ces outils dépend
des conditions météorologiques lors des prises de mesure au sol ainsi que l'état de pédoperturbation
des parcelles lié aux pratiques culturales et travaux d'aménagement effectués.


identifier: Pham, Thi Thanh Ha  (2010). Prétraitement des boues d'épuration pour accroître la biodégradabilité et éliminer simultanément les pertubateurs endocriniens.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 292 p.

subject:
boues d'épuration
biodégradation
écoulement
perturbateur endocrinien
bioconversion
polluant organique
DEHP
ultrasonification
Bacillus thuringiensis
oxidation Fenton
rheology

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.

La bioconversion des boues d'épuration en produits à valeur ajoutée est considérée comme
une approche éco-respectueuse de l'environnement et économique pour la gestion de ce
type de déchets. Toutefois, la biodégradabilité limitée des boues d'épuration nécessite
l'application de prétraitement afin d'améliorer le rendement de la bioproduction à base des
boues. De plus, la quantité grandissante de composés organiques toxiques dans les boues
est une préoccupation pour les bioproduits fabriqués à partir des boues et peut compliquer
l'homologation. L'objectif principal du projet est d'étudier l'effet du prétraitement sur
l'amélioration de la bioconversion des boues d'épuration en produits à valeur ajoutée
(PVA) et l'élimination simultanée des polluants organiques. Les méthodes de prétraitement
ont été axées sur l'ultrasonification comme un processus mécanique et l'oxydation de
Fenton comme un processus chimique. L'optimisation des procédés de prétraitement pour
l'amélioration de la biodégradabilité des boues a été réalisée. Le changement des
caractéristiques physico-chimiques et rhéologiques de la boue avec le prétraitement a
également été étudié. Cela a permis de déterminer l'effet du prétraitement sur l'accessibilité
des éléments nutritifs des boues pour la dégradation microbienne. L'effet du prétraitement
sur la production des produits à valeur ajoutée de boues a été évalué par l'étude de la
fermentation de Bacillus thuringiensis (Bt) en utilisant les boues prétraitées comme
matières premières. En outre, la présence et le comportement du phtalate de
di-(2-éthylhexyle) dans les boues avant et après le prétraitement et la fermentation de Bt
ont été étudiés pour évaluer le rôle du prétraitement sur la détoxication et l'enlèvement du
phtalate pour la valorisation des boues.
L'optimisation des procédés de prétraitement, soit l'ultrasonification et l'oxydation de
Fenton, a été effectuée en utilisant la méthodologie de réponse en surface avec un plan
composite centré. L'effet des processus de prétraitement a été évalué par les augmentations
de la solubilisation (en termes de demande chimique en oxygène soluble) et de la
biodégradabilité (en termes de consommation de solides totaux-ST dans la digestion
aérobie) des boues d'épuration. L'ultrasonification a été effectuée à une fréquence de
20 kHz avec une sonde à ultrasons. Différentes concentrations en ST des boues
d'épuration, intensités ultrasoniques, temps d'exposition ont été étudiées pour
l'optimisation. Les conditions optimales du prétraitement par l'ultrasonification ont été
0,75 W/cm² d'intensité, 60 min de temps d'exposition et 23 g/ L de ST. La solubilisation et
la biodégradabilité étaient de 45,5 % et 56 %, respectivement.
L'optimisation de l'oxydation Fenton a été effectuée avec cinq paramètres, soit la
concentration en peroxyde d'hydrogène (volume de H202 par g de matière en suspension-
MES), le rapport de la concentration initiale de peroxyde d'hydrogène et de la
concentration initiale de métaux ferreux, le temps de réaction, la température de réaction et
la concentration en ST des boues. La plus haute solubilisation a été de 81 % à des
conditions de 0,01 mLH202/gMES, 150 [H202]0/[Fe2+]0, de 25 g/L ST, à 70°C et en
120 min. Également, la plus haute biodégradabilité de 74% a été obtenue dans des
conditions similaires de la concentration de H₂0₂, du rapport de [H202]0-à-[Fe2+]0, et de la
concentration en ST, mais à plus basse température de 25 °C et en plus courte durée de
temps de 60 min par rapport à des conditions optimales de la solubilisation.
Pour l'évaluation de l'effet de l'ultrasonification et l'oxydation Fenton sur la production de
PVA de boues, la fermentation de Bt en fiole Erlenmeyer en utilisant de la boue non traitée
(raw sludge-RS) et des boues traitées par l'ultrasonification (ultrasonicated sludge-UIS) et
l'oxydation Fenton (Fenton oxidized sludge-FS) comme matière première a été effectuée.
Les boues ont été prétraitées à des conditions optimales de l'ultrasonification et de
l'oxydation Fenton. L'amélioration de la production des PVA par le prétraitement a été
évaluée par la croissance de Bt, soit le nombre des cellules et la sporulation. Les nombres
les plus élevés de cellules totales ont été observés à 30 h de fermentation:
1,44 x 108UFC mL-1, 4,08 x 108 UFC mL-1, et 1,63 x 109 UFC mL-1 pour RS, UIS et FS,
respectivement. Après 48 h de fermentation, 96% des cellules de Bt dans FS avaient
sporulé Quant à UIS et à RS, seulement 90% et 84% de cellules ont sporulé,
respectivement. De plus, la plus haute valeur du taux de croissance spécifique maximale
(µm) de Bt a été atteinte pour FS (0,41 h-1), suivie par UIS (0,33 h-1) et RS (0,32 h-1). Ainsi,
l'oxydation classique Fenton est plus prometteur que le traitement chimique pour la
production des biopesticides de Bt à base de boues d'épuration par rapport à
l'ultrasonification, comme traitement physique.
Les propriétés rhéologiques des boues non traitées et des boues traitées par
l'ultrasonification et l'oxydation Fenton ont été étudiées. Les boues ont été traitées dans
des conditions optimales de l'ultrasonification et l'oxydation Fenton. Les boues non
traitées et traitées avaient un comportement non newtonien avec rhéofluidification ainsi
que des propriétés thixotropiques pour des concentrations en ST de 10 g/l à 40 g/L. Les
modèles rhéologiques, soit Plastique de Bingham, modèle de Casson, modèle
de NCA/CMA Casson », Pâte IPC, et Loi de Puissance ont également été étudiés pour
caractériser les propriétés d'écoulement des boues. Parmi les modèles rhéologiques
étudiés, Loi de Puissance s'est avéré la plus importante pour décrire la rhéologie des boues.
Les prétraitements ont entraîné une diminution de la pseudoplasticité des boues en raison
de la baisse de l'indice de consistance K variant de 42,4 à 1188; de 25,6 à 620,4 et de 52,5 à
317,9. Cette diminution est aussi due à l'augmentation de l'indice de comportement de
l'écoulement n changeant de 0,5 à 0,35; de 0,62 à 0,55; et de 0,63 à 0,58, pour RS, UIS et
FS, respectivement aux concentrations en ST de 10 à 40 g/L. L'amélioration de la
décantation, la diminution de la viscosité, et le changement de la taille des particules en
fonction des processus de prétraitement des boues ont également été étudiés. L'oxydation
Fenton a facilité la filtrabilité des boues en raison de la valeur du temps de succion
capillaire qui ont été environ 50% des boues non traitées. Quant à l'ultrasonification, son
énergie élevée a détérioré la filtrabilité. Le prétraitement a entraîné une diminution de la
viscosité. La viscosité apparente a diminué en passant de 2,89 - 359,7 pour RS à
2,51 - 199,2 et 2,68 -108,3 mPa s pour UIS et FS, respectivement, entre 10 à 40 g/L de
concentration en ST. L'ultrasonification a entraîné une plus grande diminution en taille des
particules, tandis que, au contraire, l'oxydation Fenton a augmenté la taille des particules.
Parmi RS, UIS et FS, le pourcentage de volume de particules de petite taille (inférieure à
10 µm) a été le plus élevé (0,54% - 0,38%) pour UIS à des concentrations en ST de 10 à
40 g/L, alors que le volume occupé par les grosses particules (supérieures à 250 µm) a été
la plus prononcée pour FS (0,89 - 5,62%) à une concentration en ST de 10 à 40 g / L. Le
prétraitement a modifié les propriétés rhéologiques des boues d'épuration résultant en
l'amélioration de l'assimilation des nutriments par les microorganismes pour la valorisation
des boues.
L'étude systématique (avant et après le prétraitement) de la dégradation aérobie lors de la
fermentation de Bt) en présence du phtalate de di-(2-éthylhexyle) (DEHP) et de ses
métabolites, soit le 2-éthylhexanol, le 2-éthylhexanal, et l'acide 2-éthylhexanoïque dans les
boues d'épuration a été effectuée. Le DEHP et l'acide 2-éthylhexanoïque ont été observés
à des concentrations importantes. Quant au 2-éthylhexanol et au 2-éthylhexanal, ils ont été
observés à une très faible concentration dans des boues non traitées et traitées par
l'ultrasonification et l'oxydation Fenton. Lors de la dégradation aérobie, les
microorganismes indigènes des boues ont été responsables de la biodégradation du DEHP,
résultant en des enlèvements en masse du DEHP de 72%, 89% et 85%, et de l'acide
2-éthylhexanoïque de 71 %, 84%, 79%, respectivement pour RS, UIS et FS. Ce travail a
permis aussi de démontrer que Bt peut dégrader le DEHP, résultant en l'enlèvement en
masse du DEHP de 21 %, 40% et 30% pour RS, UIS et FS dans la fermentation. Cette
bactérie permet donc de coupler la production à valeur ajoutée à l'enlèvement de
micropolluants dans les boues d'épuration. Enfin, le prétraitement de l'untrasonication et
de l'oxydation Fenton ont amélioré la biodégradabilité des boues d'épuration et la
biodisponibilité des composés organiques cibles pour la digestion et la fermentation.


identifier: Porcher, Céline  (2004). Interactions de l'argent (Ag) avec les algues d'eau douce en présence de matière organique dissoute naturelle.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 144 p.

subject:
Argent
Ag
algues
eau douce
matière organique
matière organique dissoute
MOD

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 cycle géochimique de l'argent a été fortement perturbé par les activités humaines,
mais les effets écotoxicologiques de cette mobilisation sont peu connus. On peut
s'attendre à ce que les effets de l'argent sur les organismes aquatiques dépendent entre
autres de sa concentration dans le milieu et de sa spéciation, c'est-à-dire de sa
répartition entre différentes formes chimiques. Ce projet visait à évaluer la disponibilité
des formes organiques de ce métal pour la prise en charge par deux algues d'eau douce,
Chlamydomonas reinhardtii et Pseudokirchneriella subcapitata. Ces dernières étaient exposées
en laboratoire à des systèmes contenant un radio-isotope de l'argent (11OmAg) en
présence de matière organique dissoute naturelle (M0D; acides humiques isolés de la
rivière Suwannee, GA-FL, E.U.A. (SRHA)).
Pour réaliser ces expériences nous avons d'abord mis au point une technique d'échange
ionique (TEI) afin de mesurer la concentration d'argent libre (Ag+) dans les milieux
d'exposition en présence ou en absence de la MOD. La sélectivité de la TEI pour l'ion
libre de l'argent, l'Ag+, a été testée avec un ligand inorganique, le CC dont les
constantes de complexation avec l'argent sont connues et fiables. Nous avons
augmenté la concentration en chlorures pour une concentration fixe d'Ag totale. Au
fur et à mesure que les concentrations des chloro-complexes (AgClo-; AgCkl2-1)
augmentaient dans le milieu, la concentration en Ag+ diminuait. Les résultats
expérimentaux furent comparés avec les prédictions calculées par un modèle
d'équilibres chimiques MINEQL+ (v.4.5). À fortes concentrations de chlorure, les
chloro-complexes neutres (AgCl0) contribuent à la fraction d'Ag+ dans le dosage de
l'ion libre avec la TEI. Il pourrait donc y avoir formation d'un complexe ternaire,
résine-Ag-Cl.
Nous avons ensuite mesuré la concentration d'Ag+ en présence d'acides humiques de la
rivière Suwannee; ces résultats indiquent que la MOD naturelle complexe fortement
l'argent. La courbe de titrage établie à partir de ces résultats indique l'existence d'au
moins deux types de sites (fort et faible) de complexation de l'argent au sein des
molécules d'acides humiques. Partant de ces résultats, nous avons préparé des milieux
d'exposition contenant des concentrations variables de l'ion Ag+, sans ou avec les
acides humiques. Ces milieux ont été utilisés pour étudier la prise en charge (uptake) de
l'argent par les deux algues: C. reinhardtii et P. subcapitata. Pour une concentration en
Ag+ libre donnée, et pour un temps d'exposition fixe, les deux algues accumulent
davantage d'argent en présence de la MOD qu'en milieu inorganique, une tendance qui
va à l'encontre des prédictions du Modèle du Ligand Biotique («Biotic Ligand Modeb»
(BLM) ou Modèle de l'Ion Libre (MIL)). Ces derniers prédisent que la prise en charge
est proportionnelle à la concentration en Ag+, en absence ou en présence d'un
complexe (MOD), pourvu que la concentration en Ag+ soit identique dans les deux
milieux. Cette prise en charge accrue ne serait pas attribuable à un taux
d'approvisionnement en Ag plus élevé en présence de SRHA mais plutôt à un effet
direct de la MOD naturelle sur les algues. Nous avons considéré trois mécanismes
possibles pour expliquer ces résultats: (1) la concentration en Ag+ est peut-être sous-
estimée dans les milieux d'exposition; (2) la mesure opérationnelle d'Ag intracellulaire
comprend aussi une contribution d'un complexe ternaire (MOD-Ag-algue) adsorbé à la
surface algale; (3) l'adsorption de MOD à la surface algale pourrait modifier la charge
de surface et/ou entraîner au changement au niveau du fonctionnement des
transporteurs membranaires, ce qui conduirait à une vitesse de transport plus élevée de
leur part. C'est ce dernier mécanisme qui nous semble le plus plausible.
A l'échelle environnementale, la forte affinité de la MOD naturelle pour l'Ag et la
faible concentration en Ag dissous font que la concentration en Ag+ dans le milieu est
minime. D'après nos résultats, à ces concentrations environnementales, la différence de
prise en charge (sans/avec MOD) dans le milieu est plutôt faible. On peut donc
conclure que l'application du MIL est relativement bonne.


identifier: Ross, Martin  (2004). Stratigraphie et architecture des formations quaternaires au nord-ouest de Montréal: applications en hydrogéologie régionale.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 305 p.

format: application/pdf application/zip

subject:
hydrogéologie
hydrostratigraphie
sédimentologie
géochimie
géophysique
cartographie
aquifère
stratigraphie
quaternaire
géologie
modèle régional tridimensionnel
Montréal

abstract:
La géologie quaternaire des basses Laurentides a été peu étudiée au cours des 20
dernières années et la connaissance de la sous-surface est demeurée schématique. En
outre, la pression sur le milieu physique a augmenté au cours de cette période en raison de
l'accroissement des activités humaines dans cette région, où les formations quaternaires
contrôlent la recharge et les conditions de confinement de l'aquifère régional. Cette
recherche a donc été entreprise afin 1) de définir la nature, l'origine et l'architecture
stratigraphique des unités quaternaires sur un territoire de 1400 km² au nord-ouest de
Montréal et d'ainsi permettre 2) une représentation tridimensionnelle des formations
quaternaires et, enfin, 3) d’utiliser ce modèle à des fins de caractérisation
hydrogéologique régionale, plus spécifiquement pour l’analyse hydrostratigraphique et
pour la cartographie de la vulnérabilité à la contamination des aquifères rocheux
fracturés. Pour répondre à ces objectifs, diverses méthodes ont été employées, notamment
les forages stratigraphiques, la sédimentologie, la géophysique, la géochimie et la
modélisation géologique par ordinateur.
Un modèle régional des formations quaternaires, incluant la topographie du roc sous-
jacent, a été construit à l'aide du logiciel gOcad. La procédure inclut un contrôle de la
qualité des données archivées (> 5000 forages), l'intégration de nouvelles données, la
construction de 40 coupes géologiques régionales et 9 surfaces interconnectées à partir
desquelles diverses représentations 3D des unités peuvent être générées (e.g., boundary
representation, grilles 3D). Intégrée à cet effort, l'étude des vallées enfouies a révélé une
topographie du roc constituée de dépressions surcreusées séparées par des crêtes parfois
étroites. Bien qu'une unité sableuse vraisemblablement d'âge Sangamonien supérieur ait
été identifiée localement, la séquence quaternaire des vallées enfouies comprend surtout
des unités attribuées au Wisconsinien supérieur. Celles-ci sont constituées, à la base, de
sédiments glaciolacustres proximaux auxquels sont superposés deux tills à fort contraste
lithologique (les tills d'Argenteuil et d'Oka). La séquence de tills témoigne d'une avancée
glaciaire vers le sud (Till d’Argenteuil) puis, suite à un changement apparemment rapide,
d'une phase majeure d'écoulement vers le sud-ouest (Till d’Oka). Ce changement brusque
de direction semble correspondre au développement d'un courant glaciaire dans l'axe de la
vallée du Saint-Laurent et le bassin du Lac Ontario. Ainsi, l'aire d'alimentation du lobe
Ontario se serait étendue jusque dans la région de Montréal, au moins une fois au
Wisconsinien supérieur et probablement à plusieurs reprises antérieurement. Un
réexamen de l'ensemble des données disponibles dans la vallée supérieure du Saint-
Laurent a permis de mettre en évidence plusieurs éléments corroborant cette
interprétation. Au cours de la déglaciation, l'activité fluvioglaciaire a été concentrée dans
les vallées érodant en maints endroits toute la séquence quaternaire pré-existante et
laissant des sédiments perméables en contact avec l'aquifère rocheux sous-jacent sur au
moins 10% du modèle. Des épandages sous-aquatiques ont aussi été mis en place dans le
Lac Candona et la sédimentation proglaciaire distale s'est par la suite effectuée à un
rythme rapide dans les premières phases de la Mer de Champlain. La couverture argileuse
qui en a résulté recouvre l'aquifère rocheux sur 60% du modèle. Cet aquifère est semi-
confiné par le till sur environ 35% du modèle et le reste, soit environ 5%, est en condition
de nappe libre.
La procédure développée afin d'utiliser les résultats de cette analyse pour évaluer la
vulnérabilité de l'aquifère rocheux à la contamination est la suivante: des propriétés (e.g.,
infiltration, porosité) sont intégrées à une grille 3D créée à partir du modèle géologique,
puis cette grille sert à estimer le temps de parcours advectif vertical d'un contaminant
entre la surface et l'aquifère rocheux. Les résultats sont ensuite interprétés comme une
mesure de la vulnérabilité intrinsèque à la contamination de surface. Différentes cartes de
vulnérabilité ont été produites en faisant varier les paramètres hydrogéologiques. La carte
basée sur les paramètres moyens est très cohérente avec les contextes hydrogéologiques et
les données hydrogéochimiques disponibles.