identifier: El-Housni, Hind  (2019). Planification intégrée du renouvellement des réseaux de drainage urbain considérant les aspects structural et hydraulique dans un contexte de changement climatique.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 229 p.

subject:
réseaux de drainage urbain
égouts pluviaux
hydraulique
changements climatiques

abstract:
Une mauvaise performance des réseaux d’égout peut entraîner des problèmes pouvant mettre en péril la sécurité des citoyens, la qualité des écosystèmes et le développement économique. Ces problèmes peuvent être liés à : i) la détérioration de la performance structurale des conduites, tels que les effondrements de chaussée, ii) une baisse de la performance hydraulique, comme des refoulements d’égout ou des inondations, et/ou iii) aux deux en même temps. La majorité de ces problèmes risquent de s’accentuer compte tenu du vieillissement des composantes souterraines des réseaux et en raison de l’évolution des conditions climatiques, en particulier l’augmentation de l’intensité et/ou de la fréquence des événements de pluie intenses, prévue par les modèles climatiques. Une stratégie de renouvellement des réseaux basée sur une approche préventive, considérant simultanément les performances hydraulique et structurale des conduites et intégrant des pratiques permettant de mieux s’adapter aux changements climatiques (CC) projetés, pourrait limiter les problèmes cités précédemment et permettre de maintenir un niveau de performance acceptable à des coûts plus économiques. Sur la base de cette hypothèse et dans l’objectif de la vérifier, une méthode de planification intégrée des interventions de renouvellement des réseaux d’égout est proposée dans le cadre de ce projet de doctorat. Cette méthode se base sur la modélisation simultanée des performances structurale et hydraulique individuelles des conduites dans les conditions climatiques actuelles et futures en considérant un climat non stationnaire. Cette dernière vise à identifier et à planifier les meilleures options de renouvellement permettant de remettre à niveau les deux types de performance (structurale et hydraulique) au moindre coût possible. Dans cette méthode, diverses options d’adaptation aux CC sont considérées, soit le remplacement de conduites par des conduites de plus grande capacité hydraulique et l’adoption de mesures de contrôle à la source des eaux pluviales.
Pour modéliser la détérioration structurale des conduites d’égout, une méthodologie d’identification des facteurs d’impact (p.ex. âge, diamètre, etc.) significatifs est proposée. Cette méthodologie est basée sur le test du ratio de vraisemblance et le modèle de Cox, qui permet d’estimer la probabilité qu’une conduite soit dans un état structural donné en un temps donné en fonction de plusieurs variables. Appliquée aux conduites de deux réseaux d’égout québécois, cette méthodologie a démontré que, parmi les facteurs analysés, seul l’âge des conduites a un impact significatif sur la modélisation de la détérioration structurale de celles-ci. Pour les conduites des réseaux évalués, l’ajout d’autres facteurs ne permet pas d’améliorer la prévision de leur état structural dans le temps.
La modélisation de la performance hydraulique est, quant à elle, basée sur des simulations hydrologiques/hydrauliques utilisant le modèle SWMM et des événements réels de récurrences allant de 2 à 5 ans. Pour cette partie, une seconde méthodologie est proposée pour : i) identifier les conduites hydrauliquement contraignantes et leur capacité hydraulique adéquate; et/ou ii) l’emplacement et la superficie nécessaire de pratiques de contrôle à la source (PCS) permettant d’éliminer les dysfonctionnements hydrauliques relevés dans un réseau donné. L’évolution de la performance hydraulique dans le temps est simulée en augmentant l'intensité des événements pluvieux d'un facteur issu des prévisions en termes de CC pour la zone d'étude. L’application de cette méthodologie à deux réseaux québécois : A et B, en considérant uniquement le remplacement des conduites, a permis d’identifier les tronçons de conduites ayant une capacité hydraulique actuelle ou future insuffisante. Selon cette méthode, 10 % de la longueur totale des conduites du réseau A est identifié contraignante (de capacité hydraulique insuffisante) à remplacer en conditions actuelles, contre 14 % pour le réseau B. La modélisation de la performance hydraulique incluant les pratiques de contrôle à la source a été appliquée au réseau A et a permis d’identifier les superficies et emplacements de pratiques de contrôle à la source permettant d’éliminer certains dysfonctionnements en conditions climatiques actuelles et futures, qui sont respectivement de 10 601 m² et 12 379 m². Pour les deux réseaux, une augmentation de 15 % de l’intensité de l’événement pluvieux le plus problématique cause une augmentation significative des proportions de dysfonctionnements hydrauliques, de l’ordre de 28 % pour le réseau A et de 115 % pour le réseau B, et, par conséquent, des interventions de renouvellement nécessaires. Cela démontre l’importance de la prise en compte des CC dans la planification du renouvellement des conduites d’égout.
La planification intégrée du renouvellement des conduites a été appliquée au réseau A, pour qui la modélisation des deux performances structurale et hydraulique des conduites, compte tenu des CC, a été réalisée. Cette planification a permis de mieux choisir les options de renouvellement permettant de maintenir des performances structurale et hydraulique adéquates sur au moins 25 ans au moindre coût. Comparée à une approche de renouvellement classique, la planification intégrée offre une économie allant jusqu’à 33 % du budget nécessaire à la remise du réseau A. Ces constats, en particulier concernant le gain économique, viennent confirmer et vérifier l’hypothèse de base du projet de doctorat.

 A failing performance of sewer network components can result in a multitude of problems, such as roadway collapses, sewer back-ups, floods, and increasing volumes of untreated water discharged to receiving waters. All of these problems may represent a risk for public safety, economic development, and ecosystem quality. Due to climate change, particularly the expected increase in the frequency and/or intensity of intense rainfall events, the deterioration of hydraulic and environmental performances, and their consequences, are likely to further increase. The aforementioned problems could be alleviated by the adoption of a renewal strategy for sewer networks that is based on a preventive approach, including: i) the simultaneous consideration of hydraulic and structural performances of the pipes, and ii) the use of stormwater source control (SSC) practices. This could allow a better adaptation to the projected climate changes (CC) for maintaining at a more economical cost an acceptable level of overall sewer performance. An integrated sewer network renewal planning method is proposed in this thesis to verify this hypothesis. This planning method identifies the best interventions (type and moment of implementation) based on the simultaneous modeling of the structural and hydraulic performances of individual pipes. Two types of adaptations to CC are considered: pipe replacement with a larger hydraulic capacity and SSC practices.
The deterioration of the structural performance is modelled with a Cox model, which estimates the probability that a pipe is in a specific structural state at a given time, and depends on several factors or variables (e.g., age and diameter). Only factors which are considered influential on the sewer structural deterioration process, identified with a likelihood ratio test, are included in the model. The application of the structural performance model to two Canadian sewer networks demonstrated that the pipe age is the only influential factor for these two networks. Including the other factors in the model would not improve the estimation of the pipe structural performances over time.
The pipe hydraulic performance is modeled using hydrologic/hydraulic (SWMM) simulations with single observed rainfall events, of two to five year return periods as the input. For this performance model, a second methodology is proposed to identify: i) the hydraulically constraining pipes and their adequate hydraulic capacities; and/or ii) the best location and required area of the SSC practices to eliminate hydraulic dysfunctions. The evolution of the hydraulic performance over time is simulated by increasing the intensity of the considered rainfall events by a factor depending on the CC predictions for the study area. The application of this methodology to two Canadian networks, A and B, only considering pipe replacement, lead to the identification of pipe sections with insufficient hydraulic capacity under current and future conditions. According to this method, under current conditions, 10% of the total length of the pipes in network A is identified as constraining, with replacement required, compared with 14% for network B. The hydraulic performance modeling, including SSC practices, was applied to network A. The model was used to determine the bioretention locations and areas needed to eliminate hydraulic dysfunctions under current and future conditions, which are about 10 601 and 12’379 m², respectively. For both sewer networks, a 15% increase of the most problematic rain event intensity causes a significant increase in the proportion of hydraulic dysfunctions and therefore in the required upgrading interventions. The proportion of surcharged nodes increases by 28% for network A and 115% for Network B due to the increasing rainfall intensity. This demonstrates the importance of considering CC in sewer renewal planning.
The integrated renewal planning method was applied to network A, including the structural and hydraulic performances of the pipes, and considering CC. The proposed method allowed a better choice of renewal options that are required to maintain an adequate performance for the next 25 years at minimal cost. Compared to a traditional renewal approach, the integrated renewal planning provides an economy of about 33% of the needed cost to upgrade the hydraulic and structural sewer network. These findings, particularly the economic gain, confirm and verify the governing at the heart of this thesis.


identifier: Betis, Hermine  (2019). Indicateurs pour l’évaluation de la santé des cours d’eau en aval des tourbières en récolte.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 110 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject: récolte de tourbe

subject: évaluation de la qualité des cours d’eau récepteurs

subject: indice de la qualité de l’eau

subject: granulométrie des sédiments

subject: taux de sédimentation des sédiments

subject: contenu en matière organique

subject: pêche électrique

subject: indice de Bray-Curtis

subject: indice de Fulton

subject: indice de diversité de Simpson

subject: harvested peatlands

subject: assessment of receiving water quality

subject: water quality index

subject: sediment grain size

subject: sedimentation rate of sediment

subject: organic matter content

subject: electrofishing

subject: Bray-Curtis index

subject: Fulton index

subject: Simpson diversity index

abstract:
La récolte de tourbe nécessite l’abaissement de la nappe phréatique sur les tourbières par l'entremise d’un réseau de drainage, ce qui peut causer la modification des paramètres physico-chimiques des eaux drainées et des cours d’eau récepteurs. Ces éventuelles modifications peuvent avoir un impact sur la vie aquatique. L’objectif de cette étude est donc de doter les producteurs de tourbe d'outils qui vont leur permettre d'évaluer l'impact potentiel de la récolte de tourbe sur la santé des cours d'eau récepteurs. Deux indicateurs abiotiques ont donc été testés; ceux-ci comprenaient l’adaptation de l’Indice de la Qualité de l’Eau du Conseil Canadien des Ministres de l’Environnement (IQE CCME) et la caractérisation des sédiments qui se déposent dans les cours d’eau récepteurs par la détermination de leur granulométrie, de leur contenu organique et du taux de sédimentation. Ensuite, des indicateurs biotiques ont été utilisés pour évaluer la diversité, l’abondance et la condition de la faune ichthyenne en amont et en aval de la jonction entre le drain évacuateur et le cours d’eau. Cette étude a été effectuée dans trois régions du Québec et une région du Nouveau-Brunswick où les sites de récolte sont concentrés. De cette étude, il ressort que l’utilisation de l’IQE CCME et la détermination du contenu organique des sédiments peuvent être de bons indicateurs pour l’évaluation de l’état des cours d’eau récepteurs.

Peat harvesting requires the lowering of the water table in peatlands through a drainage network that can cause changes in physico-chemical parameters of drained water and in receiving watercourses, which could affect aquatic life. The objective of this study is therefore to provide peat producers with tools that will allow them to evaluate the potential impact of peat harvesting on the water quality of receiving streams. Two abiotic indicators were tested; they included an adaptation of the Water Quality Index of the Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME WQI) and the characterization of sediments that are deposited in receiving streams by determining their particle size, organic content and sedimentation rate. Then, several biotic indicators were used to assess the diversity, abundance and condition of fish species upstream and downstream of the confluence between the drainage systems and the receiving streams. This study was conducted in three regions of Quebec and one region of New Brunswick where harvest sites are concentrated. From this study, it appears that the use of the CCME WQI and the determination of the organic content of deposited sediments can be good indicators for assessing the state of receiving watercourses.


identifier: Khosravanipour Mostafazadeh, Ali  (2019). Électrolyse chimique et microbienne de déchets agro-industriels pour la production de composés à haute valeur ajoutée.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 254 p.

subject:
produit à valeur ajoutée
déchet de nutriments
synthèse électro-microbienne
conversion électrochimique
facteurs effectifs et optimisation
value-added product
nutrient waste
electro-microbial synthesis
electrochemical conversion
effective factors
and optimization

abstract:
Premier article
L'utilisation des ressources renouvelables pour produire des produits chimiques et des carburants est de nos jours de plus en plus sollicitée. Les matières organiques issues des déchets agro-industriels peuvent être utilisées comme matière première pour la production de biocarburants et de produits biochimiques. Cette revue de littérature présente l’électrosynthèse microbienne (ESM) en tant que technologie émergente pour la production de solvants et d'alcools à partir de déchets organiques. L'utilisation d'un système assisté par l'électricité dans le métabolisme des microorganismes anaérobies a montré une amélioration de la production des solvants par rapport aux méthodes de fermentation classiques. À la lumière des intérêts actuels, les électrotrophes sont des souches microbiennes qui peuvent accepter un électron provenant de la cathode pour ensuite réduire les matières organiques (sources de carbone) en des produits biochimiques intéressants. En effet, le glucose, le glycérol et d'autres composés organiques pourraient être convertis en bio-solvants à valeur ajoutée notamment l'éthanol, le butanol, l'acétone et le propanediol. Par ailleurs, cette revue aborde la synthèse microbienne de produits chimiques, en particulier les solvants et les alcools, grâce à la réduction des substrats multi-carbone. Elle met également en évidence les avantages de l’ESM.
Deuxième article
Un ensemble d'expériences ont été réalisées pour étudier la production de biobutanol en tant que nouveau biocarburant. L'objectif de ce travail était de comprendre le mécanisme et le taux de production du biobutanol par bioélectrosynthèse (BES) en utilisant le glucose comme substrat. Quatre facteurs principaux, à savoir le matériau des électrodes (la surface de l'électrode sur le volume du réacteur, S/V = 0.083 cm²/mL), la concentration du substrat, la température de fonctionnement et la tension appliquée ont été étudiés en mode discontinu pour fixer les conditions optimales de production maximale de butanol par C. pasteurianum. Le milieu standard P2 modifié (MP2) et le milieu standard minimal (MMS) ont été utilisés comme milieu de fermentation en mode de fonctionnement batch (par lots). L'optimisation statistique à l'aide de la méthodologie de plan centrale composite (CCD) a été utilisée pour maximiser la production de butanol dans la gamme expérimentale. La production maximale de butanol à 13,3 g/L (comparativement à la valeur enregistrée (10.2 g/L) lors de l’essai contrôle) a été obtenue en appliquant 1,32 V, ce qui prouve la pertinence de cette procédure. Aussi, la production du butanol pouvait être améliorée de façon remarquable par des microorganismes électroactifs dans la chambre cathodique et ce, dans les conditions optimales d’utilisation de MMS.
Troisième article
En ce qui concerne ces travaux, une concentration de 7,42 g/L (comparativement à la valeur enregistrée (4.6 g/L) lors de l’essai contrôle) de 1,3-propanediol (1,3-PD) a été produite en utilisant EMS et C. pasteurianum dans un réacteur de type H en utilisant du glycérol pur et brut et ce, dans les conditions optimales suivantes : 1,6 V de tension appliquée, 33,9 °C de température et 41,3 g/L de concentration en substrat (rapport C/N de 36,9 g/g). Pour ce faire, la méthodologie de surface de réponse (MSR) a été appliquée en vue d’optimiser les conditions de fonctionnement. Un biofilm stable, généré à la surface de la cathode en feutre de graphite, contribuait à l’augmentation des voies réactionnelles conduisant à la production de 1,3-PD. De plus, l’amélioration de la production de 1,3-PD a été démontrée avec succès dans un système d'électro-bioréacteur et ce, en tenant compte de l’équilibre d'équivalent d'électrons et des calculs NADH.
Quatrième article
La conversion électrochimique du glycérol pur et brut en produits à valeur ajoutée a été étudiée. La génération maximale de produits non-acides (dihydroxyacétone, acétol et glycidol) et d’acides organiques (acide acétique, acide lactique et acide formique) ont été optimisées par la méthode de surface de réponse (MSR). Selon la chronoampérométrie et la chronopotentiométrie, l’électrosynthèse microbienne (ESM) opérée à courant constant a plus d'efficacité que lorsque la tension est maintenue constante. Les variables considérées étaient : le pH de la solution, le type de catalyseur (électrodes de Pt, Pt/Ti ou Pt noir, la surface de l'électrode sur le volume du réacteur, S/V = 0.13 cm²/mL), l’intensité du courant, la durée de fonctionnement et la concentration de glycérol dans le réacteur électrocatalytique discontinu. Les concentrations et le type de produits générés ainsi que le mécanisme réactionnel ont également été étudiés. En outre, les résultats ont montré que, dans des milieux très acides (pH autour de 1.4), une production élevée de produits non-acides a été obtenue en utilisant une électrode de Pt avec un rendement de 72% d’acétol et en imposant une intensité de courant de 0,31 A pendant maximum 12 heures de fonctionnement.

First article
Using renewable resources to produce chemicals and fuels is increasing. Organic materials from wastes and carbon dioxide are renewable and serve as alternative sources for the production of biofuels and biochemicals. This review provides a survey of solvents and alcohols production from organic matter by microbial electrosynthesis (MES) as a new emerging technology. Using electricity-assisted system in anaerobic microorganisms metabolism (biocatalysts) showed improvement in solvent production compared to conventional fermentation methods. Electrotrophs, the kind of microbial strains which can accept the electron from the cathode to reduce organic carbon source materials to valuable biochemicals is of interest nowadays. Glucose, glycerol, and other organic compounds could be converted into high value-added bio-solvents, such as ethanol, butanol, acetone, and propanediol. This review addresses electricity-driven microbial synthesis of chemicals especially solvents and alcohols by reduction of multi-carbon substrates considering the characteristics and advantages of MES.Second article
A set of experiments have been performed to investigate the production of biobutanol as a novel applicable biofuel in a bioelectrolysis cell (BEC). The objective of this work was to understand the mechanism and production rate of the biobutanol by bioelectrosynthesis (BES) using glucose as a substrate. Four main factors, such as electrode materials, substrate concentration, operating temperature, and poised applied voltage were investigated in batch mode to achieve optimum condition for producing maximum butanol by C. pasteurianum in BEC. Standard modified P2 medium (MP2) and standard minimal medium (SMM) were used as fermentation media in batch operation mode. Numerical optimization using a central composite design (CCD) method has been used to maximize the butanol production within the experimental range. The maximum butanol production 13.31 g/L was obtained by applying 1.32 V indicating the suitability of this procedure. The results showed that by applying optimum conditions in SMM, the butanol could be enhanced remarkably by electroactive microorganisms in the cathode chamber.Third article
We also produced 7.42 g/L of 1,3-propanediol (1,3-PD) by using EMS and C. pasteurianum in batch H-type reactor by using pure and crude glycerol under the following optimum conditions: 1.6 V of applied voltage, 33.9 °C of temperature, and 41.3 g/L of substrate concentration (C/N ratio of 36.9 g/g). Response surface methodology (RSM) was applied to optimize operating conditions. We observed that by generating stable biofilm on graphite felt cathode, the reaction pathways go to increase in 1,3-PD production. Moreover, by electron equivalent balance and NADH calculations, we demonstrate that the 1,3-PD was enhanced in an electro-bioreactor system successfully.Fourth article
In this study, the electrochemical conversion of pure and crude glycerol into value-added products have been investigated. The maximum non-acidic (dihydroxyacetone/hydroxyacetone or acetol/glycidol) and organic acids (acetic acid, lactic acid, formic acid) formations were optimized using response surface methodology (RSM) method in terms of electrolyte solution (pH), catalyst (electrode) type, current intensity, duration of operation, and glycerol concentration in a batch electro-catalytic reactor using platinum (Pt), platinized titanium (Pt/Ti), and black Pt. Products concentrations and distributions, and reaction mechanism and pathway have also been investigated. The results showed that under strong acidic conditions, the highest chemical production was achieved using Pt electrode, and under the optimized conditions, high acetol yield of 72% at 0.31 A during 12 hours of operation was observed.


identifier: Hoang, Anh Tu  (2019). Justice environnementale et parcs urbains : le cas de Ho Chi Minh Ville (Vietnam)  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en études urbaines, 172 p.

subject: justice environnementale

subject: équité environnementale/justice distributionnelle

subject: justice procédurale

subject: parc urbain

subject: planification urbaine

subject: Ho Chi Minh Ville

subject: système d’information géographique

subject: environmental justice

subject: environmental equity/distributional justice

subject: procedural justice

subject: urban park

subject: urban planning

subject: Ho Chi Minh City

subject: geographical information system

abstract:
La justice environnementale en milieu urbain s’intéresse à l’exposition aux nuisances environnementales et à l’accès aux ressources et services qui contribuent à la qualité de vie des citadins. Ce concept comprend trois dimensions : justice distributionnelle / équité environnementale, justice de la reconnaissance et justice procédurale. Dans la première dimension, on cherche à savoir si les nuisances et/ou les ressources urbaines sont distribuées de façon égale pour l’ensemble de la population ; ou inversement, si certains groupes défavorisés et/ou vulnérables sont victimes d’iniquité dans l’exposition aux nuisances ou dans l’accès aux ressources. Quant aux deux dernières dimensions, elles se penchent sur les causes et les mécanismes, qu’ils soient procéduraux, discriminatoires ou relatifs à la « non-reconnaissance » des groupes concernés, expliquant la distribution inéquitable des nuisances ou des ressources urbaines.
Cette thèse se consacre à la justice environnementale dans l’accès aux parcs urbains. Il existe un large corpus portant sur les associations entre la distribution spatiale des parcs urbains (incluant leur qualité) et celle des groupes de population mentionnés ci-dessus. Par contre, il y a moins d’études portant sur la justice de la reconnaissance et la justice procédurale dans l’accès aux parcs. De plus, la justice environnementale, notamment la justice distributionnelle des parcs urbains, a largement été étudiée dans plusieurs villes du Nord, mais elle est rarement explorée dans les pays du Sud. Afin de combler ces fossés, dans le cadre de cette thèse, nous nous attardons à la justice environnementale dans l’accès aux parcs, notamment la justice distributionnelle et la justice procédurale, à Ho Chi Minh Ville (Vietnam). Dans cette ville de huit millions d’habitants, l’urbanisation intensive combinée avec la faible gouvernance et la forte croissance démographique entraînent à plusieurs problèmes affectant la qualité de vie de ses résidents. Notons par exemple l’écart grandissant entre les riches et les pauvres dans l’accès aux logements, les problèmes de transport (des embouteillages et des nuisances sonores) et la dégradation de l’environnement (la pollution accrue et les inondations de plus en plus fréquentes et aggravées, etc.). Dans ce contexte de développement urbain, les espaces verts ouverts sont particulièrement déficients. Ainsi, nous nous sommes demandé si les groupes de populations les plus vulnérables (soit les enfants de moins de 15 ans, les personnes âgées de 65 ans et plus) et les personnes à faible revenu qui résident à Ho Chi Minh Ville subissent de l’injustice environnementale quant à l’accès aux parcs.
Cette thèse est composée de trois articles scientifiques. Le premier porte sur l’analyse de la justice distributionnelle des parcs urbains incluant leurs caractères intrinsèques, et ce, en fonction des différentes périodes d’urbanisation de la ville. Plus spécifiquement, nous utilisons des mesures d’accessibilité à partir de la distance au parc le plus proche (proximité immédiate) et à l’offre de parcs dans l’environnement immédiat. Le deuxième article se penche sur des mesures plus exhaustives, soit la disponibilité des parcs en fonction de l’offre et de la demande (utilisant la méthode du enhanced two-step floating catchment area) pour quatre groupes de population (les enfants, les personnes âgées, et les personnes faiblement et hautement scolarisées). Le dernier article s’intéresse à la dimension procédurale, en s’attardant au système de planification des parcs dans un district périphérique de la ville, qui vit un processus de revitalisation urbaine. D’après les résultats des trois articles, l’existence d’injustice environnementale de parcs est donc confirmée à Ho Chi Minh Ville et ce, pour les deux dimensions que sont la justice distributionnelle / l’équité environnementale et la justice procédurale. Quant à l’iniquité environnementale, deux premiers articles ont présenté des variations importantes dans la distribution des parcs selon les districts urbains et les périodes d’urbanisation. Les résultats ont permis d’affirmer que l’accessibilité aux parcs est généralement très faible dans cette ville. De plus, il existe une iniquité importante dans l'accessibilité spatiale aux parcs pour les enfants et pour les personnes faiblement scolarisées, notamment en périphérie de Ho Chi Minh Ville où la qualité des parcs et les deux indicateurs (proximité et disponibilité) sont généralement plus faibles. Quant à l’injustice procédurale, dans le dernier article, les résultats des analyses de quatre éléments du système de planification vietnamien, soient la législation, la gouvernance, le financement et l’aménagement, ont montré l'existence d’injustice dans le processus de production de parcs qui a causé la situation d’iniquité environnementale de parcs à ce district périphérique (District 8) en particulier et à Ho Chi Minh Ville en général.
Le chapitre final de cette thèse se penche sur une brève présentation des facteurs explicatifs des injustices environnementales identifiées et ainsi que des aspects théoriques abordés dans la thèse à la lumière des résultats révélés dans les trois articles.

 Environmental justice in the urban milieu is concerned with exposure to environmental problems and access to resources and services affecting city-dwellers’ quality of life. This concept has three dimensions: distributional justice/environmental equity, recognition justice and procedural justice. In the first dimension, we are attempting to determine whether urban problems and/or resources are evenly distributed across the entire population; or, conversely, whether certain disadvantaged groups are victims of injustice in their exposure to problems or their access to resources. As for the latter two dimensions, they are associated with causes and mechanisms at play which might be procedural, discriminatory, or related to the "non-recognition" of the groups concerned, explaining the inequitable distribution of urban nuisances or resources.
This thesis focusses on environmental justice in access to urban parks. There is a large body of research on the correlations between the spatial distribution of urban parks (including their quality) and that of the above-mentioned population groups. However, there are fewer studies on recognition and procedural justice in access to parks. Furthermore, environmental justice, notably the distributional justice of urban parks, has primarily been studied in a number of cities of the North, but is rarely explored in the countries of the South. In order to bridge these gaps, in this thesis, we concentrate more on environmental justice in access to parks, notably distributional and procedural justice, in Ho Chi Minh City (Vietnam). In this city of eight million inhabitants, intensive urbanization, combined with weak governance and strong demographic growth, is creating a number of problems affecting residents’ quality of life. We note, for example, the growing gap between the rich and the poor in access to lodging, transportation problems (traffic jams and noise pollution), and environmental degradation (increased pollution and more frequent and severe flooding, etc.). In this context of urban development, open green spaces are particularly lacking. Consequently, we have asked ourselves whether, in Ho Chi Minh City, the most vulnerable population groups (children under 15, and those 65 and over) and low-income individuals are suffering from environmental injustice in terms of/with regard to access to parks.
This thesis is comprised of three academic articles. The first bears on an analysis of distributional justice in urban parks, including their intrinsic characteristics, as a function of different periods of urbanization in the city. More specifically, we employ measures of accessibility based on the distance to the closest park (immediate proximity) and the number of parks in the immediate vicinity. The second article covers more comprehensive measures, the availability of parks as a function of supply and demand (using the enhanced two-step floating catchment area method) for four population groups (children, seniors, highly educated individuals, and those with little education). The last article focusses on the procedural dimension, specifically, the park planning system in an outlying district of the city which is undergoing urban revitalization.
These three articles confirm the existence of environmental injustice with respect to parks in Ho Chi Minh City for the two dimensions of distributional justice/environmental equity and procedural justice. As for environmental inequity, the first two articles presented significant variations in the distribution of parks, depending on the urban district and the period of urbanization. We were able to determine that accessibility to parks is generally very limited in this city. Furthermore, there is a major injustice in spatial accessibility to parks for children and for less educated individuals, especially in outlying neighbourhoods of Ho Chi Minh City, where the quality of parks and the two indicators (proximity and availability) are generally weaker. As for procedural injustice, in the last article, the results from analyses of four elements of the Vietnamese planning system, that is, legislation, governance, financing and development, revealed injustice in the process of park production, leading to the situation of environmental inequity in parks in this outlying district (District 8), in particular, and in Ho Chi Minh City, in general.
The final chapter of this dissertation presents a brief overview of explanatory factors of identified environmental injustices and, thus, theoretical aspects raised in the dissertation in light of the results revealed in the three articles.


identifier: Painter, Sara  (2019). L’inclusion dans la ville des personnes en fragilité psychique vieillissantes. Une étude qualitative des espaces de vie d’adhérents d’un Groupe d’Entraide Mutuelle (GEM) d’une petite ville française  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en études urbaines, 391 p.


identifier: Reimer, Christian  (2017). Optical quantum state generation with integrated frequency comb sources.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 158 p.

subject: énergie et matériaux

abstract:
The exploitation of quantum mechanics has the potential to solve important challenges and
introduce novel technologies enabling, among others, powerful computation (which can solve
certain problems exponentially faster than classical computers), perfectly secure communications,
as well as sensing and imaging with precision and resolutions not achievable by classical means.
In order to make use of the unique properties of quantum physics, experimental platforms
that provide access to, and allow the control of quantum states, need to be developed. In
particular, quantum systems composed of multiple parties are required, where each party is in a
coherent superposition of states, and where multiples of such parties are in a coherent
superposition with each other (e.g. being entangled). Additionally, in order to make use of such
entangled quantum systems, it is required that each individual party can be coherently controlled
and measured. The usability and available quantum resources of the entangled system is related
to its size, which is proportional to the number of entangled parties, as well as the dimensionality
of the superposition each party is in. For this reason, there is a imminent demand to achieve,
investigate, and improve the generation and control of large quantum systems, comprised of as
many entangled parties as possible, where each party is in an ideally high-dimensional
superposition.
Many quantum platforms are currently subject to extensive research, such as trapped ions,
superconducting circuits, defect centers in solid-state crystals, mechanical oscillators, and optical
quantum states (i.e. photons). While all platforms provide distinct advantages (as well as
challenges), optical photon states are of particular interest, because they can interact with other
quantum systems, and can be transmitted over long distances while preserving their quantum
coherence without the need for extensive shielding. A large variety of sources for optical
quantum states has been demonstrated, however most such implementations suffer from high
complexity, ultimately limiting their scalability. Integrated photonics has recently become a
leading platform for the compact, cost-efficient, and stable generation and processing of optical
quantum states. However, to date, integrated quantum sources have only been able to generate
photon pairs, which operated on single channels, and single polarization modes. Furthermore, in
the few realizations of on-chip entanglement, they were limited to two entangled parties, where
each party was in a two-dimensional superposition. These limitations of current integrated photon sources arise in large part from the concepts currently exploited to generate and control these
states. In particular, path-entangled sources are the most commonly used, but increasing the
quantum state complexity requires a significant, and very challenging, increase in device
complexity. There is therefore an urgent need to develop new concepts that can achieve the onchip
generation of large and complex photon states without increasing source complexity, while
still enabling coherent quantum state control and detection.
In this work, we aim to address these limitations by making use of multiple frequency and
temporal modes within a single spatial waveguide mode (therefore readily compatible with
standard optical fibers) of an on-chip microring resonator. This approach is in contrast to more
commonly used techniques relying on path entanglement, which exploits multiple spatial modes
and generates entanglement by means of complex waveguide structures. Working within a single
spatial mode, we achieve the first demonstration of pure heralded single photons and entangled
photon pairs, which are emitted on multiple frequency modes from a single source. We then
demonstrate the first generation of multi-photon entangled quantum states on a photonic chip.
Finally, by making use of the spectral multi-mode nature of optical frequency combs, we achieve
the generation of photon pairs in a coherent superposition of multiple frequency modes,
representing the first generation of high-dimensional entangled states on a photonic chip.
Our work represents a significant step forward in the generation of complex quantum
states on a photonic chip and in a single spatial mode compatible with standard optical fibers. In
addition, we demonstrated coherent quantum state control and manipulation for all generated
states by means of standard telecommunications components, which could in the future be also
integrated on single, monolithic chip. Our results indicate that the exploitation of integrated
optical frequency comb sources for the generation of optical quantum states can provide a
scalable and practical platform for quantum technologies.


identifier: Jeldi, Morad  (2019). Plateformes numériques et engagement des publics de l’art lyrique : étude de cas de l’Opéra de Montréal  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 129 p.

subject:
engagement
art lyrique
opéra
plateformes numériques
pratiques culturelles
publics
institutions culturelles
engagement
opera
digital platforms
cultural practices
audiences
cultural
institutions.

abstract:
Art élitiste et complexe, public vieillissant et conservateur : l’opéra mobilise encore de multiples
préjugés. Or, les nouvelles technologies de l’information et des communications, et en premier
lieu les plateformes numériques telles que les réseaux socionumériques, modifient
potentiellement le rapport qu’entretiennent les publics avec leurs institutions culturelles. Ces
enjeux comportent en outre une dimension éminemment territoriale car il s’agit de voir comment
une institution culturelle bien ancrée dans son territoire est susceptible non pas de s’en
détacher, mais de le transcender. En prenant comme cas d’étude l’Opéra de Montréal, ce
mémoire s’intéresse à la façon dont les usages de la plateforme Facebook contribuent à
transformer l’engagement et les pratiques, des publics lyriques. Une stratégie de recherche
alliant méthodes quantitative et qualitative a été mise en place; 17 entretiens téléphoniques
semi-dirigés et deux sondages totalisant près de 1 000 réponses auprès de plusieurs types de
publics de l’Opéra de Montréal ont été réalisés. Les résultats de la recherche montrent que
l’engagement des publics de l’Opéra de Montréal en ligne et en salle diffère selon leurs usages
des réseaux socionumériques et leur profil sociodémographique. Sur ce point, les variables de
l’âge et du revenu sont particulièrement significatives. Il apparaît aussi clairement que la
plateforme Facebook ne fait pas que compléter l’engagement des différents publics de
l’institution : elle transforme la relation d’engagement en l’augmentant d’un niveau d’action. De
plus, si la salle de spectacle demeure un point de repère important pour la majorité des publics,
la relation d’engagement n’est plus exclusivement centrée autour d’elle. En effet, les réseaux
socionumériques constituent un outil supplémentaire pour s’engager sans avoir nécessairement
besoin d’assister à un spectacle en salle. Ces résultats invitent donc à repenser la notion de
non-public. Cette recherche fait également apparaître plusieurs figures idéales typiques du
public manifestant différentes formes d’engagement, de pratiques ainsi que différents profils
sociodémographiques : le badaud, le fan et l’usager contraint.

 An elitist and complex art, an aging and conservative audience: the opera still prompts multiple
prejudices. However, the new information and communication technologies, first and foremost
electronic platforms like social media, potentially change the audience’s relationship towards
their cultural institutions. Furthermore, theses matters involve an eminently territorial dimension,
for the goal is to see how a cultural institution well anchored in its own territory is susceptible to
be, without detaching itself, transcended. Using the Opéra de Montréal as a study case, this
thesis examines the way usage of the Facebook platform contributes to transforming the
involvement and practices of the lyrical audience. A research strategy combining both
quantitative and qualitative methods was implemented; 17 semi-structured phone interviews
and two surveys totalizing close to 1000 responses from different Opéra de Montréal audiences
were carried out. The research results show audience involvement online or in theatre differs
depending on their use of digital social networks and on their socio-demographic profile.
Concerning this last aspect, age and revenue variables are particularly significant. It also
appears that the Facebook platform is transforming audience engagement by extending the
scope of action. If the venue remains an important landmark for cultural audiences, engagement
is no longer exclusively focused on it. Digital social networks are an additional tool to engage
without having to attend a show. These results invite to rethink the notion of non-public. In
addition, this research reveals several audience figures with different way to engage, practice
and different socio-demographic profiles: the lurker, the fan and the forced user.


identifier: Laforest, Jean Marc  (2019). La convivialité en contexte de grande diversité : le cas du quartier Saint-Michel à Montréal  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 161 p.

subject:
cohabitation interethnique
convivialité
sociabilité publique
espace public
cohabitation
conviviality
public sociability
public spaces

abstract:
Les débats sur la place de la diversité au Québec, tout comme en Occident, ont fait couler
beaucoup d’encre depuis le début du 21e siècle. Les sociologues ont exploré cette diversité par
l’entremise de l’étude des modes de cohabitation. Si à Montréal certains de ces modes ont été
scrutés, notamment dans les HLM et dans des quartiers de classes moyennes, peu de recherches
ont approfondi la convivialité comme l’un de ces modes.
Le quartier Saint-Michel à Montréal, un grand oublié des débats sur la diversité, a depuis
longtemps mauvaise presse à cause de son niveau de défavorisation et d’un historique lié à la
criminalité. Il est toutefois l’un des quartiers les plus diversifiés ethnoculturellement parlant de
Montréal. L’étude de la cohabitation interethnique dans ce quartier semble une occasion d’étudier
la convivialité, en particulier ses aspects de négociation de l’espace public.
En mobilisant le concept de la convivialité et celui de la sociabilité publique, les modes de
cohabitation interethnique sont étudiés dans le quartier Saint-Michel. À l'aide d'une approche
qualitative, cette recherche utilise l'observation directe des rues marchandes, des espaces publics
et des fêtes de quartier, mais également des entretiens semi-dirigés avec des résidents, des
commerçants et des intervenants-clés du quartier.

 Much have been said around diversity in Quebec, just as in the rest of the Western world since
the beginning of the 21st century. Sociologist explored this topic through the study of modes of
cohabitation. If some of these modes have been scrutinized in Montreal, namely through HLM
(Social housing) and in middle-class neighbourhoods, little research deepened the understanding
of conviviality as one of these modes.
The neighbourhood of Saint-Michel, always forgotten in debates about diversity, has long
received a bad rep due to it being underprivileged and heavily link to criminality. It is, however,
one of the most ethnoculturally diverse neighbourhoods in Montreal. The study of intercultural
cohabitation in this neighbourhood is a time to research about conviviality, particularly how it
negotiates public space.
Through conviviality and public sociability, intercultural modes of cohabitation in Saint-Michel
are studied. Using a qualitative approach, this research uses direct observation of shopping streets
and block parties, but also semi-directed interviews with residents, local merchants and key
actors of the neighbourhood.


identifier: Simard, Julien  (2019). La précarité résidentielle chez les locataires vieillissantes à faible revenu : vieillir et se loger en contexte de gentrification à Montréal  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en études urbaines, 401 p.

subject:
vieillissement sur place
gentrification
gérontologie sociale
logement
déplacement
éviction
droit au logement
ageing-in-place
gentrification
social gerontology
housing studies
displacement
eviction
right to housing.

abstract:
Cette thèse se penche sur la précarité résidentielle vécue par des locataires vieillissantes à faible revenu en contexte de gentrification, à Montréal. Au Québec, la thématique du vieillissement sur place a pris récemment une portée médiatique et politique grandissante dans le sillon de l’adoption de la l’article 1959.1 (projet de loi 492), qui protège maintenant certaines personnes de 70 ans et plus contre l’éviction et la reprise de logement. Par contre, force est de constater que la capacité de certaines personnes vieillissantes à vieillir dans leur logement se trouve aujourd’hui mise en jeu par des transformations urbaines diverses comme la gentrification. Bien que plusieurs études en gérontologie sociale urbaine documentent l’expérience du déplacement dit indirect chez les populations vieillissantes dans plusieurs villes du monde, les effets de la gentrification sur les rapports au logement de locataires vieillissantes sont encore méconnus. Cette recherche qualitative, basée sur un terrain d’observation de plus de 2 ans ainsi que sur 31 entretiens semi-dirigés réalisés avec des intervenantes de comités logement (n=13) et des locataires vieillissantes (n=18), donne la parole aux personnes vieillissantes elles-mêmes, en grande majorité des femmes. Le concept de précarité résidentielle, défini comme un continuum de situations rendant l’occupation du logement incertaine, inadéquate ou inabordable, dont la forme la plus extrême est l’expulsion, est divisé en quatre grandes catégories : la sécurité d’occupation, la menace directe, la menace indirecte et l’expulsion. La recherche s’intéresse tout particulièrement aux diverses manières dont la relation locative entre propriétaires et locataires vieillissantes affecte la capacité au maintien dans les lieux de ces dernières. En effet, en contexte de gentrification, certains propriétaires auront intérêt à expulser des locataires vieillissantes, qui paient généralement des loyers moins chers que les prix du marché en raison d’une longue durée d’occupation. Comme ces locataires vieillissantes ont toutes été recrutées via des comités logement, la recherche s’est aussi intéressée à documenter les contours de leur participation dans ces organismes communautaires autonomes ayant comme mission de défendre les droits des locataires. Les politiques gérontologiques actuelles, mettant l’emphase sur le vieillissement sur place, doivent prendre davantage en compte les situations résidentielles des locataires vieillissantes en situation de précarité résidentielle.

  This thesis examines how low-income aging tenants living in a gentrification context in Montreal experience situations of housing precarity. In Quebec, the topic of aging in place has recently taken on increasing media and political importance in the wake of the adoption of article 1959.1, protecting some people aged 70 and over against evictions and repossession. However, it must be noted that the ability of seniors to stay put in inner-city neighbourhoods is now being jeopardized by various urban transformations such as gentrification. Although several studies in urban social gerontology document the experience of indirect displacement among aging populations in several cities around the world, the effects of gentrification on the housing situations of aging tenants are less known to researchers and policymakers alike. This qualitative research, based on a 2-year fieldwork as well as 31 semi-directed interviews with housing committee workers (n=13) and ageing tenants (n=18), aims to give a voice to aging people themselves, the vast majority of whom are women. The concept of housing precarity, defined as a continuum of situations that produce uncertain, inadequate or unaffordable occupancy is divided into four categories: security of tenure, direct threat, indirect threat and eviction. The research focused mainly on the effects of the rental relationship between aging landlords and tenants on the ability of the latter to stay put. Indeed, in gentrifying neighborhoods, some landlords are keen to displace aging tenants, who generally pay rents that are lower than market prices due to a long length of occupation. Finally, since these aging tenants were all recruited through various housing committees, the research also focused on documenting the outlines of their participation in these autonomous community organizations whose mission is to defend tenants' rights. Current gerontological policies, putting a strong emphasis on aging-in-place, must take greater account of the prevalence of housing precarity among low-income older tenants.


identifier: Bourgault-Brunelle, Corinne  (2019). Apport de la tomodensitométrie à l’étude du transport sédimentaire.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 226 p.

subject:
PIV
CT scan
ADP
transport sédimentaire
canal hydraulique
sediment transport
hydraulic flume

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’amélioration des connaissances sur les mécanismes fondamentaux de la dynamique sédimentaire
est bénéfique notamment pour améliorer les performances des modèles de transport en milieux
océaniques et côtiers. Des nouvelles technologies de pointe en laboratoire permettent désormais
d’approfondir notre compréhension des processus d’hydrodynamique sédimentaire et ainsi de proposer
de nouvelles techiques d’analyse pour améliorer les prévisions d’évolution morphodynamique.
Dans ce travail, un modèle physique d’un lit de sable non cohésif (D50=217 μ m) en mode de transport
actif sous l’action de courants unidirectionnels en régime turbulent est réalisé. Les expériences
visent à caractériser les propriétés physiques du modèle à haute résolution et de comparer les résultats
aux paramètres classiques du transport sédimentaire total, incluant charriage et suspension,
incluant la déformation et la porosité du lit de sédiments. Pour ce faire, une nouvelle méthode de
laboratoire est proposée combinant imagerie optique par rayons X (c.-à-d., tomodensitométrie) et
laser (c.-à-d., vélocimétrie par images de particules) basée sur les travaux réalisés précédemment au
Laboratoire multidisciplinaire de tomodensitométrie pour les ressources naturelles et le génie civil
(INRS). Différentes vitesses d’écoulement près du lit de sédiments (c.-à-d., 0,10 à 0,44 m s−1) sont
générées dans un canal hydraulique de 7 mètres de long et de pente nulle. Les valeurs de contrainte
de cisaillement du fluide sur le lit de sable (_0), le transport par suspension (qs) et par charriage
(qb) sont quantifiées. Des configurations optimales des appareils de mesure sont proposées pour
améliorer l’estimation de ces paramètres. Les résultats sont validés et interprétés en fonction des
équations classiques du transport tout en tenant compte de la nature complexe des phénomènes
observés. Dans la première section de cette étude (article 1), la déformation 3D du lit de sable est
notamment reliée à la rugosité du lit par la technique de variogramme en utilisant les images du
CT scan. De plus, le post-traitement des images du CT scan a permis de calculer des valeurs locales
de charriage et de relier statistiquement la variabilité de celles-ci aux propriétés hydrodynamiques
de l’écoulement en améliorant la précision du calcul empirique de transport (article 2). Finalement,
l’étude des profils de matière en suspension utilisant les photographies du système de vélocimétrie
par image de particules (PIV) s’est avéré être le moyen le plus efficace, combiné avec les méthodes
de filtration d’eau, pour déterminer l’allure des profils de matière en suspension. Les résultats ont
montré que l’intégration des propriétés de la distribution granulométrique à l’équation théorique de
Rousse représentait plus fidèlement les observations des concentrations de matière en suspension
(article 3). Cette étude montre donc la possibilité de dériver davantage d’information à partir de la
technique expérimentale proposée dans le but d’améliorer l’intégration des phénomènes physiques
aux équations empiriques du transport sédimentaire. Le potentiel et les limitations de la méthode
sont discutés. Le nouvel apport de connaissance par cette méthode combinée d’imagerie haute résolution
est une avenue prometteuse pour les études expérimentales dans le domaine du transport
sédimentaire et de l’érosion.

The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract. The development of knowledge on the fundamental mechanisms of sediment-fluid dynamics is
particularly beneficial for transport models in oceanic and coastal environments. New advanced technologies
in laboratory work now bring more precise observations of the hydrodynamic-sedimentary
processes in order to propose equations and parameters to improve predictions of morphodynamic
evolution. In this work, a physical model of a non-cohesive sand bed (D50 = 217 μ m) in active
transport mode under the action of unidirectional currents in turbulent regime is studied. The aim
of the experiments is to characterize with a high-resolution the physical properties of the model to
compare the results with classical parameters of the total sand transport, including bedload and
suspension), the bed deformation and bed porosity. To achieve this, a new experimental method is
proposed combining optical X-ray (i.e. CT scan) and laser (i.e. particle image velocimetry) imaging
based on the preliminary work conducted at the Multidisciplinary Laboratory of CT-Scan for Non-
Medical Use (INRS). Different flow velocities (i.e., 0.10 to 0.44 m s−1) near the bed are generated
in a hydraulic flume 7 meters long with a null slope. Shear stress values on the sand bed (_0) and
total sand transport are estimated. The parameters are quantified with the greatest precision and
optimal configurations are proposed. Simple coefficients of the transport equations were derived
while integrating the complex nature of the observed phenomena. In the first section of this study,
the 3D deformation of the sand bed is related to the roughness of the bed by the variogram technique
using the CT-scan images (article 1). In addition, the post-processing of the CT-scan images
made it possible to calculate the local bedload transport (article 2). Finally, the study of suspended
material profiles using particle image velocimetry (PIV) photographs showed that the integration of
the particle size distribution within the theoretical equation of Rousse suspended sediment profile
improve the fitting to the observations (article 3). This study has therefore investigated the possibility
to integrate more information within the empirical equations of sedimentary transport in
laboratory work. The potential and limitations of the method are discussed. This new contribution
of this high resolution imaging techniques is a promising avenue for experimental studies in the field
of sediment transport and erosion.


identifier: Sirabahenda, Zacharie  (2019). Caractérisation et estimation des concentrations de sédiments en suspension : cas des bassins versants agricoles de l’Île-du-Prince-Édouard (Canada).  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 115 p.

subject:
agriculture
turbidité
sédiments en supension
ADCP
ANFIS
SWAT
bande riveraine
turbidity
suspended sediment
riparian Strip

abstract:
Les estuaires et les eaux côtières de l’Île-du-Prince-Édouard (IPE) constituent un milieu de vie aquatique d’une grande richesse et font l’objet d’impacts négatifs issus des rivières des bassins versants adjacents. La problématique liée à l’augmentation de la turbidité de l’eau par des sédiments en suspension est un de ces impacts majeurs dans les rivières des bassins versants à vocation agricole. Les sols de l’IPE étant extrêmement sensibles à l’érosion hydrique, les travaux antérieurs ont reconnu que les pertes en sol agricole représentent un grand défi environnemental à long terme pour les agriculteurs. Les travaux qui composent cette thèse proposent une méthodologie qui s’inscrit dans un processus permettant d’outiller les gestionnaires des bassins versants de l’IPE avec de meilleures méthodes de surveillance de la concentration des sédiments en suspension (CSS) et d’estimation des CSS. De plus, ces outils pourront permettent la prévision de l’impact de la mise en oeuvre des pratiques bénéfiques pour la réduction des flux sédimentaires dans les rivières. Des instruments basés sur le principe de rétrodiffusion optique et de rétrodiffusion acoustique ont été utilisés pour les mesures indirectes des CSS dans les rivières. Le potentiel d’utilisation d’un profileur acoustique de vitesse par effet Doppler (ADCP) comme outil alternatif pour faire le suivi en continu des sédiments en suspension dans une rivière à forte concentration sédimentaire comparativement à l’utilisation d’une sonde à turbidité a été démontré pour un bassin versant agricole (premier article). Dans un deuxième temps, un modèle empirique basé sur un système d’inférence neuro-flou adaptatif pour l’estimation des CSS dans de multiples rivières a été développé en incorporant une variable caractérisant la vulnérabilité du bassin versant à l’érosion hydrique appelée ‘Watershed Vulnerability Index’ avec d’autres variables d’entrées plus classiques (deuxième article). L’inclusion de cette variable permettant de tenir compte du caractère dynamique des facteurs liés à la vulnérabilité des sols, à l’érosion hydrique ainsi que de l’occupation et de l’utilisation du territoire a permis d’améliorer la capacité prédictive du modèle ANFIS pour les CSS. Le potentiel d’utilisation de ce modèle empirique ANFIS dans un cadre de gestion des pratiques agricoles a été testé avec succès pour la réduction de la charge sédimentaire en fonction de la largeur de la bande riveraine dans un bassin versant (troisième article). Le modèle déterministe SWAT a été appliqué pour fin de comparaison avec le modèle ANFIS et une largeur efficace de la bande riveraine a été estimée pour un bassin versant pour la réduction maximale possible de la charge sédimentaire pour les deux modèles.

 The estuaries and coastal waters of Prince Edward Island (PEI) are a rich aquatic environment and are subject to negative impacts from rivers in adjacent watersheds. The problem related to the increase in water turbidity by suspended sediments is one of these major impacts in the rivers of agricultural watersheds. As PEI soils are extremely sensitive to water erosion, previous work has recognized that soil losses represent a major long-term environmental challenge for farmers. The works contained in this thesis propose a methodology that is part of a process to equip PEI watershed managers with better methods for monitoring suspended sediment concentrations (SSC), for estimating SSC, as well as planning the support practices for sediment load reduction in rivers. Monitoring instruments based on the principles of optical backscatter and acoustic backscatter were used for SSC indirect measurements in rivers. The potential of using an Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) as an alternative tool for continuous monitoring of suspended sediments in a river with high sediment concentration compared to the use of a turbidity probe has been demonstrated for an agricultural watershed (first article). Secondly, an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) for SSC estimation in multiple rivers was developed, with the inclusion of a variable that accounts for the watershed vulnerability to water erosion called 'Watershed Vulnerability Index' in addition to other more classical input variables (second article). The inclusion of this variable that takes into account the dynamic nature of factors related to soil vulnerability to water erosion as well as land use has improved the predictive capacity of the ANFIS model for SSC. The potential use of this empirical ANFIS model in a management framework of agricultural practices was successfully tested for the reduction of the sediment load according to the width of the riparian buffer strip in a watershed. A deterministic model, SWAT, was also implemented for comparison and an effective buffer strip width was estimated for the maximum possible reduction of sediment loads for both models (third article).


identifier: Thériault, Dominic  (2019). Dépistage automatique du doryphore de la pomme de terre à l’aide de l’imagerie ultra-haute résolution acquise par drone et de l’apprentissage profond.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 145 p.

subject:
agriculture de précision
drones
doryphore
pomme de terre

abstract:
Le Doryphore de la pomme de terre (Leptinotarsa decemlineata) pose une menace d’importance pour la culture de la pomme de terre. Le contrôle de l’insecte ravageur se fait principalement en combinant les rotations de cultures et l’utilisation d’insecticide chimique. Malgré que les populations du ravageur sont très agrégées naturellement à cause de leur mode de reproduction, les interventions phytosanitaires sont souvent peu ciblées. Les méthodes de dépistage conventionnelles sont souvent très laborieuses et coûteuses en ressources humaines et sont donc souvent négligées. L’utilisation de drone se voit comme une alternative rapide au dépistage conventionnel afin de localiser avec précision les foyers d’infestation et de calculer les seuils d’intervention phytosanitaire.
Ce projet en partenariat avec le producteur de pommes de terre Patates Dolbec a pour but de développer une méthode de dépistage du doryphore de la pomme de terre en utilisant l’imagerie d’ultra-haute résolution acquise par drone afin de permettre le décompte des grosses larves et adultes au sommet de la canopée. L’étude consiste à 1) déterminer les paramètres optimaux d’acquisition des images par drone, 2) concevoir un algorithme de détection basé sur les réseaux de neurones convolutifs permettant de dénombrer les individus (grosses larves et adultes) et 3) optimiser l’algorithme afin de réduire le temps de calcul afin que celle-ci puisse être utilisable opérationnellement. Une parcelle agricole densément infestée a été survolée a deux reprises lors de l’été 2018 et un dépistage conventionnel a été fait dans ce champ afin d’être comparé au dépistage par drone et afin de valider les observations.
L’algorithme développé se décompose en deux phases de détection :
1) Une détection des zones potentielles par caractéristiques définies par un expert,
2) Une classification des zones potentielles à l’aide de l’apprentissage profond afin de déterminer une classe d’appartenance (doryphore ou non).

Comme il peut y avoir plusieurs centaines de zones potentielles pour quelques doryphores dans une image, il s'agit d'un problème de classification non balancée. Pour pallier ce déséquilibre des classes, différentes stratégies d’entraînement de réseaux de neurones convolutifs ont été comparées. Le suréchantillonnage par augmentation de données et l’apprentissage sensible au coût ont démontré être les stratégies les plus efficaces. Une validation a été effectuée à l’échelle des individus ainsi qu’à l’échelle des foyers d’infestations. À l’échelle des individus de doryphores, le meilleur modèle présente un f1-score de 77% avec une précision de 82% et un rappel de 72%. Au niveau des foyers d’infestation, le meilleur modèle présente un f1-score de 87% avec une précision de 82% et un rappel de 93%. Le meilleur modèle a présenté un coefficient de détermination de 70% entre le nombre de détections et le nombre de grosses larves et adultes au sommet de la canopée pour les parcelles de dépistage conventionnel.
Le temps de traitement demeure un enjeu important du projet et les résultats démontrent que la phase de détection préliminaire est l’étape la plus coûteuse en temps de calcul. Par l’utilisation de processeurs graphiques, il est possible de traiter des images couvrant une superficie de 1 ha en environ 8 heures.
La méthode développée permet de cibler les foyers d’infestation et ainsi de déterminer les seuils d’intervention phytosanitaire automatiquement avec un minimum de main-d’oeuvre nécessaire. Finalement, l’utilisation d’une telle méthode appuie les principes d’agriculture de précision et devrait contribuer à réduire les applications d’insecticides dans l’environnement en appliquant le bon traitement, à la bonne dose, au bon moment, et au bon endroit.


identifier: Cuprys, Agnieszka  (2019). Le devenir et l’élimination de la ciprofloxacine et de ses complexes métalliques dans les stations d’épuration.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 255 p.

subject:
contaminants émergents
médicaments
ciprofloxacine

abstract:
La ciprofloxacine (CIP) est un antibiotique à large spectre appartenant à la famille des fluoroquinolones. Son utilisation fréquente a contribué à sa détection répandue dans l'environnement à de très faibles concentrations. Les processus de traitement actuels de l'usine de traitement des eaux usées (STEP) ne permettent pas d'éliminer efficacement les contaminants à l'état de traces. Les objectifs principaux de cette thèse étaient d’étudier le devenir de la CIP dans l’environnement et au cours du traitement des eaux usées, ainsi que de tester de nouvelles techniques d’enlèvement. Premièrement, la stabilité de cinq complexes de CIP-métal (CIP-Me) a été étudiée. Les ions métalliques visés étaient Al3+, Co2+, Cu2+, Fe3+ et Mg2+ en raison de leur prévalence dans les eaux usées et les boues d’épuration. Les complexes de CIP-Al sont les plus stables, suivis de CIP-Cu et CIP-Co. Les complexes entre CIP et Fe3 + et Mg2 + présentaient les plus grandes variations de la stabilité des complexes. La présence de substances humiques (HS) a diminué la stabilité de tous les complexes. La toxicité des complexes CIP-Me a également été évaluée. Dans l’eau ultrapure, les complexes CIP-Me présentent une toxicité plus élevée vis-à-vis d’Enterobacter aeruginosa à Gram négatif, la toxicité vis-à-vis de Bacillus subtilis à Gram positif étant constante pour les complexes (avec l’exception CIP-Mg) et le CIP seul. La présence de HS réduit l'activité antimicrobienne des complexes CIP-Me d'au moins 2 fois vis-à-vis de E. aeruginosa. Cependant, la toxicité vis-à-vis de B. subtilis est restée pratiquement inchangée.
La complexation des antibiotiques avec des ions métalliques peut affecter leur distribution dans la station d’épuration, ce qui n’est généralement pas pris en compte. L'étude analytique a été menée pour évaluer la concentration de CIP, de chlorotétracycline (CTC) et d'autres ions choisis dans la station d'épuration. Plus de 70% des CTC ont été récupérés lors du traitement des eaux usées lorsque la concentration de CIP était légèrement supérieure dans les effluents par rapport aux eaux usées de l’affluent. De plus, une concentration élevée de CIP et de CTC, soit 3,9 mg/kg, respectivement 11 mg/kg, a été détectée dans les fractions solides de boues. Cette concentration élevée pourrait être due aux interactions avec les ions métalliques dans les boues. Par conséquent, la spéciation des ions dans les boues a été effectuée pour les localiser plus précisément. La concentration correspondante d'antibiotiques dans chaque fraction de boues a également été évaluée. L'introduction d'antibiotiques dans l'environnement peut contribuer à la pression sélective et à l'expansion de la résistance bactérienne. L'enquête sur les bactéries résistantes au CTC/CIP dans les eaux du Québec a été étudiée. La réaction en chaîne de la polymérase a été utilisée pour vérifier la présence de trois agents pathogènes d'origine hydrique les plus fréquents, à savoir Salmonella sp., Shigella sp. ou Campylobacter jejuni dans l'eau de la région de Québec.
Pour minimiser le problème ci-dessus, l'amélioration de la station d'épuration est nécessaire. Dans le cadre de la thèse, trois systèmes ont été testés: l'oxydation électro-enzymatique ultérieure, l'oxydation enzymatique via un extrait de laccase brute et l'adsorption sur du biochar fonctionnalisé. La combinaison d'une électro-oxydation suivie d'une oxydation enzymatique a conduit à une élimination de la CIP de 97 à 99% en environ 6 heures. Dans le même temps, l’oxydation brute médiée par la laccase ne réduisait la concentration de l’antibiotique qu’à 68%. L'adsorption sur du biochar fonctionnalisé avec du chitosane a entraîné l'élimination de CIP à 36%, ainsi que 10% d'As, 98% de Cd et 73% de Pb.

Ciprofloxacin (CIP) is a broad-spectrum antibiotic, belonging to the fluoroquinolone family. The frequent usage of CIP has contributed to its widespread detection in the environment at very low concentrations. The current treatment processes of the wastewater treatment plant (WWTP) are not efficient in removing trace concentration contaminants. The main objectives of this thesis were to investigate the fate of CIP in the environment and during the wastewater treatment, as well as to test novel techniques for its removal. Firstly, the stability of five CIP-metal complexes (CIP-Me) was investigated. The targeted metal ions were Al3+, Co2+, Cu2+, Fe3+, and Mg2+ due to their prevalence in wastewater and wastewater sludge. The complexes of CIP-Al were found to be the most stable, followed by CIP-Cu and CIP-Co. The complexes between CIP and Fe3+ and Mg2+ exhibited the greatest variations in the stability of the complexes.. The presence of humic substances (HS) decreased the stability of all complexes. In addition, the antimicrobial activity of CIP-Me complexes was also evaluated. In ultrapure water, CIP-Me complexes exhibit higher toxicity towards Gram-negative Enterobacter aeruginosa, where the toxicity against Gram-positive, Bacillus subtilis was constant for complexes (except CIP-Mg) and CIP alone. The presence of HS reduced the antimicrobial activity of CIP-Me complexes by at least 2-fold towards E. aeruginosa. However, the toxicity towards B. subtilis remained almost unchanged.
The complexation of antibiotics with metal ions may affect their distribution in WWTP, which is usually not taken into consideration. Hence, the analytical study was conducted to evaluate the concentration of CIP, chlortetracycline (CTC) and other chosen ions in the WWTP. More than 70% of CTC was recovered during wastewater treatment where the concentration of CIP was slightly higher in effluent than the influent wastewater. Additionally, a high concentration of CIP and CTC, 3.9 mg/kg 11 mg/kg respectively, was detected in the solid fractions of sludge. This elevated concentration might have been due to interactions with metal ions in sludge. Hence, the ion speciation in sludge was performed to localize them more precisely. The corresponding concentration of antibiotics in each sludge fraction was also evaluated. The introduction of antibiotics to the environment may contribute to the exertion of selective pressure and expansion of bacterial resistance. The investigation of CTC/CIP-resistant bacteria in Quebec waters was investigated. Polymerase Chain Reaction was used to verify the presence of three most common waterborne pathogens, i.e. Salmonella sp., Shigella sp. and Campylobacter jejuni in water from Quebec area.
To minimize the above problem, the improvement of WWTP is needed. As a part of the thesis, three systems were tested for CIP removal: subsequent electro-enzymatic oxidation, enzymatic oxidation via crude laccase extract and adsorption onto functionalized biochar. The combination of electrooxidation followed by enzymatic oxidation led to 97-99 % removal of CIP in around 6 hours. At the same time, crude laccase-mediated oxidation decreased the antibiotic’s concentration only to 68%. The adsorption on chitosan-functionalized biochar led to 36% removal of CIP, along with 10% of As, 98% of Cd and VI
73% of Pb. The tested methods have the potential for their application in wastewater treatment, however, further studies are needed.


identifier: Abhervé, Ronan  (2019). Effet de la résolution topographique des modèles hydrogéologiques sur l’estimation des débits de base des rivières et des temps de résidence de l’eau souterraine.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 79 p.

subject:
gestion de l’eau
interactions surface-subsurface
modélisation hydrogéologique
résolution topographique
débit de base
temps de résidence
conductivité hydraulique
calage des modèles
effet d’échelle
water management
surface-subsurface interactions
groundwater modelling
topographic resolution
baseflow
residence time
hydraulic conductivity
model calibration
scale effect

abstract:
La gestion des ressources en eau souterraine nécessite souvent l’utilisation des modèles numériques gouvernant de grands territoires pour évaluer, entre autres, l’impact du changement climatique. La taille importante de ces modèles régionaux nécessite généralement un certain lissage de la topographie de la surface terrestre afin d'alléger le traitement numérique. L’objectif de cette étude est donc d’évaluer l’influence de la résolution topographique sur les flux entrants dans les aquifères (recharge) et ceux émergents aux cours d’eau, ainsi que le temps de résidence des eaux souterraines. Un modèle hydrogéologique en coupe transversale 2D a été développé où seule la résolution de surface est modifiée entre les simulations réalisées en régime permanent et avec le niveau de la nappe fixé à la surface. Les résultats illustrent bien que les flux diminuent significativement avec une résolution topographique décroissante, autrement dit en fonction du lissage de la topographie, tandis que les temps de résidence sont plus longs. Seule la partie superficielle de l’aquifère est impactée par le lissage topographique qui entraîne une diminution des gradients hydrauliques en surface. Cela implique qu’un modèle régional utilisant une résolution trop faible de la surface terrestre devra être calé avec des conductivités hydrauliques supérieures aux valeurs mesurées afin d’obtenir un débit de base simulé réaliste. Ces résultats donnent une nouvelle perspective à l’effet d’échelle apparent sur les propriétés hydrauliques des aquifères.

The assessment and management of groundwater resources often require the use of large regional numerical models to assess, for example, the impact of climate change on water supply. Such models typically use large numerical grid cells resulting in smoothed land surface topography. The main objective of our study was to assess the influence of resolution of the land surface topography on groundwater fluxes to rivers (baseflow) and on water residence time in aquifers. For this purpose, a 2D cross-sectional hydrogeological synthetic model was built in which only the surface resolution is modified to evaluate the effect on steady-state groundwater flow and age simulations (for the specific case where groundwater levels are fixed to the topographic surface elevations). Results show that baseflow rate decreases significantly with decreasing land surface resolution due to topographic smoothing. The superficial part of the aquifer is particularly impacted by topographic smoothing, inducing a decrease in hydraulic gradients on the surface. This implies that regional models with poor land surface resolution will need to be calibrated with K values significantly higher than the known field representative values in order to correctly estimate actual baseflow. These results thus add a new perspective on the apparent scale effect on K and on hydraulic properties of the subsurface.


identifier: Schiano Di Lombo, Magali  (2019). Étude comparée de la toxicité de pétroles conventionnels et de bitumes dilués sur les premiers stades de développement d’un salmonidé modèle, la truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss).  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 80 p.

subject:
pétroles conventionnels
dilbits
WAF
stades précoces de développement
truite arc-en-ciel
biomarqueurs
conventional oils
early development stages
rainbow trout
biomarkers

abstract:
La production de pétrole augmente au fil des années, tout comme son transport, ce qui entraine un risque plus fort de relargage des composés pétroliers dans les écosystèmes aquatiques. Dans la présente étude, deux pétroles conventionnels (Arabian Light et Lloydminster) et deux bitumes dilués (dilbits, Bluesky et Clearwater) ont été utilisés afin de comparer la toxicité des deux familles de pétrole. Les extraits aqueux des pétroles ont été préparés (WAF ; water-accommodated fraction) puis dilués dans de l’eau de source à 10 et 50%. Des embryons de truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss) ont été exposées à ces WAF à l’obscurité, de leur éclosion jusqu’à la résorption de leur vésicule vitelline (16 à 17 jours à 12 °C). Les deux types de pétrole ont entraîné l’apparition d’hémorragies et de dommages à l’ADN, mais également une augmentation de l’activité EROD et une surexpression du gène cyp1a. Seuls les pétroles conventionnels ont induit une diminution de la taille des larves, alors que seuls les dilbits ont entrainé une augmentation des malformations totales et squelettiques. Aucun pétrole n’a induit de mortalité ou de stress oxydatif, et aucune modification du comportement natatoire n’a été observée. Le Bluesky était le pétrole le plus toxique, suivi par le Clearwater, l’Arabian Light puis le Lloydminster.

 The production and transport of petroleum keep rising throughout the years, leading to an increase in the risk of an oil spill in aquatic ecosystems. In this study, two conventional oils (Arabian Light and Lloydminster) and two diluted bitumens (dilbits; Bluesky and Clearwater) were used to compare the toxicity of both petroleum families. The oils’ water-accommodated fractions (WAF) were prepared and diluted in mountain spring water at 10 and 50%. Rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) larvae were exposed in the dark from hatching until the complete desorption of their yolk sac (16 days at 12 °C). Both the conventional and unconventional oils induced the formation of hemorrhages and DNA damage, alongside with an induction of the EROD activity and an over-expression of the cyp1a gene. The conventional oils were the only oils that lowered the size of the larvae, and the dilbits were the only oils leading to the apparition of total and skeletal anomalies. None of the oils induced mortality nor oxidative stress, and no modification in the swimming behavior was observed. The most toxic oil was the Bluesky, followed by the Clearwater and the Arabian Light, and the less toxic one was the Lloydminster.


identifier: Hourtané, Océane  (2019). Étude du role de la matiere organique naturelle dans l’accumulation et la toxicite du platine chez differents producteurs primaires d’eau douce.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 178 p.

subject:
platine
matière organique naturelle
acides humiques
algue verte
diatomée
spéciation métallique
biodisponibilité
bioaccumulation
toxicité
transcriptomique
platinum
natural organic matter
humic acid
green algae
diatom
metal speciation
bioavailability
uptake
toxicity
transcriptomics

abstract:
Les éléments du groupe platine (EGP) sont d’un intérêt grandissant en écotoxicologie. La demande pour ces métaux rares est très importante, notamment pour les pots catalytiques dans l’industrie automobile. Cela amène à une contamination de l’environnement due au rejet d’EGP dans les fumées d’échappement. Ils sont principalement émis sous forme de particules, mais peuvent subir des transformations en atteignant les systèmes aquatiques et interagir avec la matière organique naturelle (MON) et les organismes aquatiques. D’après le modèle du ligand biotique (BLM), la formation de complexes réduit la biodisponibilité d’un métal. En conséquence, la toxicité devrait s’en voir réduite, mais certains exemples avec les EGP suggèrent le contraire. Ce projet traite de l’accumulation et la toxicité du platine chez trois microalgues exposées à une gamme de concentrations en platine allant jusqu’à 200 μg/L. Deux espèces d’algues vertes : Chlorella fusca et Chlamydomonas reinhardtii et une diatomée : Nitzschia palea ont été utilisées comme organismes d’étude. L’inhibition de la croissance et l’internalisation du platine ont été déterminées pour trois concentrations (0, 10 et 20 mg C/L) d’acides humiques (AH, Acides Humiques de la Rivière Suwannee). En parallèle, la spéciation du platine en présence d’AH a été déterminée expérimentalement grâce à une méthode d’ultrafiltration partielle. Puis, de façon à mieux comprendre les impacts à l’échelle de la cellule, des analyses transcriptomiques ont été réalisées sur C. reinhardtii et N. palea. Les résultats montrent que la toxicité du platine était plus importante en présence d’AH pour les deux espèces algues vertes alors qu’un effet protecteur (plus grand que celui prédit par le BLM) est observé chez la diatomée. Le rôle du frustule en silice qui entoure la membrane plasmique dans cet effet protecteur en présence d’AH reste à déterminer. Ces résultats contraires au modèle du ligand biotique démontrent l’importance de ce genre d’études pour mieux prédire la biodisponibilité des métaux en présence de ligands complexes comme la MON. De plus, tout cela soulève des inquiétudes sur l’impact du platine chez les microalgues dans des conditions environnementales réalistes (avec MON ubiquiste), surtout vue l’importance écologique des producteurs primaires.

There is a growing interest for platinum group elements (PGEs) in ecotoxicology. The demand for these rare metals is very high especially for catalysts in the automobile industry, leading to environmental contamination owing to their release with exhaust fumes. PGEs are mostly emitted as particles, but as they reach aquatic ecosystems they can undergo transformations and interact with natural organic matter (NOM). According to the biotic ligand model (BLM), the formation of complexes reduces metal bioavailability to living cells. As a consequence, overall toxicity should be minimized in presence of NOM but several observations with PGEs suggest otherwise. This study focused on the uptake and toxicity of platinum for three microalgae exposed to a range of platinum concentrations up to 200 μg/L. Two green algae (Chlorella fusca and Chlamydomonas reinhardtii) and a periphytic diatom (Nitzschia palea) were studied as test organisms. Growth inhibition and platinum internalization were determined at three concentrations (0, 10 and 20 mg C/L) of humic acid (HA; Suwannee River Humic Acid). In parallel, platinum speciation in the presence of HA was determined experimentally using a partial ultrafiltration method. To better understand the impact of platinum at the cellular level, transcriptomic analyses were also performed on C. reinhardtii and N. palea. Results show that the toxicity of platinum is enhanced in the presence of HA for both green algae, whereas a protective effect (greater than that predicted by the BLM) was observed for the diatom. The role of the silica frustule surrounding the cell membrane will be investigated as a potential explanation for the difference in HA impact on PGEs uptake and toxicity compared to green algae. These results appear to be in conflict with the biotic ligand model, demonstrating the importance to continue such studies in order to better predict bioavailability of metals in presence of complex ligands such as NOM. Also, it raises the issue of the impact of platinum on microalgae under realistic environmental conditions (with ubiquitous NOM), primary producers being of great ecological importance.


identifier: Ratté-Fortin, Claudie  (2019). Modélisation de l’aléa structurel des fleurs d’eau d’algues sur les lacs du Québec méridional.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 189 p.

subject:
cyanobactéries
algues
eau
lac
bassin versant
climat
physiographie
morphologie
Modélisation
stochastique
probabilité
conditionnelle
fréquentielle

abstract:
Au Québec, les principaux intervenants dans le dossier de la problématique d’efflorescences
d’algues et/ou de cyanobactéries peinent à concilier le maintien de la santé publique, la protection de
l’environnement et la conservation de la biodiversité dans une optique de durabilité économique. Les
outils de surveillance et d’analyse présentement utilisés constituent les points de mire à considérer
dans l’élaboration d’une procédure de gestion et de suivi des fleurs d’eau d’algues (FEA) qui soit
rigoureuse et complète. D’autre part, la complexité de l’aléa spatio-temporel des FEA de même que
la méconnaissance de certains processus physico-chimiques sous-tendant leur apparition restreignent
la capacité des modèles orientés processus à expliquer ce phénomène avec précision. La modélisation
de l’aléa spatio-temporel des FEA nécessite une approche stochastique dans un contexte de gestion
du risque associé à leur émergence. Par ailleurs, une modélisation prédictive est cruciale sachant
que ce phénomène augmente en fréquence et en intensité en raison du réchauffement global de la
planète et de la croissance démographique, plaçant ainsi le maintien de la santé publique au premier
plan d’une procédure de gestion du risque. L’impact des changements climatiques et anthropiques
sur l’occurrence du phénomène demeure cependant difficile à quantifier par les méthodes standards
de suivi d’échantillonnage, celles-ci étant restreintes à un cadre spatio-temporel ponctuel.
L’objectif général de cette thèse est de développer un modèle stochastique permettant d’estimer
la prédisposition des lacs québécois à développer des FEA en fonction des conditions climatiques
et physiographiques prévalant sur le lac et son bassin versant. L’élaboration d’une procédure semiautomatisée
d’estimation de la phénologie des FEA des lacs du Québec méridional a d’abord été
mise en place, celle-ci étant nécessaire d’une part dans un contexte de suivi des épisodes en temps
quasi-réel et, d’autre part, en raison de l’acquisition et du traitement d’une quantité importante de
données. Une étude de la dynamique spatio-temporelle des FEA a ainsi pu être élaborée, de même
que leurs liens potentiels avec les descripteurs morphologiques, physiographiques et climatiques
des lacs et de leur bassin versant. Un modèle stochastique non-stationnaire régional a ensuite été
développé dans le but de modéliser l’aléa structurel des FEA. Ce modèle est issu d’une approche
par statistique fréquentielle à probabilités conditionnelles, où la probabilité d’apparition des FEA
dépend de variables environnementales spécifiques. Cette thèse a conduit au développement (i)
d’un outil de suivi des FEA en temps quasi-réel de même qu’un outil de gestion des risques socioéconomiques
et environnementaux qu’elles engendrent, (ii) d’un outil prévisionnel d’aide à la décision
quant à l’optique de proposer des solutions d’intervention en matière de protection ou de restauration
d’un plan d’eau, et (iii) au développement d’un modèle fréquentiel intégrant la structure spatiotemporelle
de données.


identifier: Ango, Habsatou  (2019). Évaluation des potentialités des ressources en eau du Parc W du Niger.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 132 p.

subject:
Afrique de l’ouest
Niger
Parc W du Niger
socle précambrien
hydrogéologie
eau de surface
isotopes
hydrochimie
recharge
West Africa
Niger W Park
Precambrian basement
hydrogeology
surface water
isotopes
hydrochemistry

abstract:
La présente étude réalisée dans le cadre d’un mémoire de maitrise porte sur
l’évaluation des potentialités des ressources en eau du Parc W du Niger situé en
Afrique de l’ouest dans le sud-ouest du Niger. Avec une superficie de 2200 km², le
Parc national du W du Niger est situé 150 km de la capitale du Niger (Niamey). Le parc
renferme plus de 80 % de la biodiversité du pays avec des espèces emblématiques
uniques de toute l’Afrique de l’ouest. Le parc est dans la zone sahélo-soudanienne
caractérisée par un climat de type semi-aride chaud. La zone est soumise à une
variabilité du climat qui impacte négativement les eaux de surface entrainant le
tarissement précoce des mares pendant la saison sèche. Les points d’eau (mares et
forages) utilisé par la faune sont insuffisants et inégalement répartis dans le Parc.
Le contexte hydrogéologique du Parc appartenant au socle précambrien rend
l’exploitation de la ressource en eau souterraine aléatoire avec une faible productivité
des ouvrages. Notre étude avait pour objectif principal d’évaluer les potentialités des
ressources en eau souterraine du Parc du W du Niger pour leur exploitation rationnelle
durable. La démarche de cette étude a impliqué d’abord la recherche et l’exploitation
des données existantes ayant permis la caractérisation du contexte naturel de la zone.
Des travaux de terrain ont porté sur la bathymétrie des mares pour déterminer les
volumes d’eau mobilisable par les mares et les eaux souterraines. Des essais de
pompage par palier et longue durée ont été réalisés pour faire l’estimation de la
quantité d’eau mobilisable par les forages en place. L’échantillonnage et les analyses
physico-chimiques et isotopiques de l’eau souterraine ont servi d’indicateurs pour
apprécier la qualité de l’eau et le temps de résidence de l’eau dans l’aquifère.
L’interprétation des données avec un modèle numérique et une solution analytique a
permis de définir la dynamique du système aquifère et de faire l’estimation de la
recharge. La dernière partie des travaux a été consacrée à l’évaluation des besoins
en eau de la faune ainsi que la gestion et l’exploitation durable de l’eau souterraine.
Les résultats obtenus à l’issue de cette étude montrent que l'aquifère est peu
transmissif avec des débits faibles. La recharge de l’aquifère se fait de façon directe
et diffuse, tel qu’indiqué par les isotopes stables. La solution de Dupuit-Forcheheimer
a permis d’établir que la recharge doit être entre 2,5 et 15 mm/an pour respecter le
temps de résidence de l’eau souterraine de l’ordre de 15000 ans tel qu’indiqué par le
¹⁴C. Ce long temps de résidence est cohérent avec les types d’eau assez évolués
chimiquement. La qualité physico-chimique des eaux souterraines est dans l’ensemble
bonne.
La capacité d’approvisionnement des ouvrages hydrauliques montre que leur
production peut en principe bien couvrir le besoin eau de la faune et la recharge est
suffisante pour soutenir le niveau d’exploitation requis de l’eau souterraine. L’eau
souterraine du Parc du W peut donc être exploitée de façon durable.
L’approvisionnement des mares pour supporter la faune du Parc du W est donc un
enjeu organisationnel et logistique plutôt qu’une question de disponibilité des
ressources.

This study was carried out as part of a master’s thesis and focused on the assessment
of the water resources potential of the W National Park of Niger located in West Africa
in southwestern Niger. With an area of 2200 km²,, the W Park is located 150 km from
the capital of Niger (Niamey). The Park contains more than 80% of the country's
biodiversity with emblematic species that are unique in West Africa. The Park is within
the Sahelo-Sudanian zone characterized by a warm semi-arid climate, which is subject
to climate variability that negatively impacts surface water, causing early drying of
ponds during the dry season. Water points (ponds and boreholes) used by fauna are
insufficient and unevenly distributed in the Park.
The hydrogeological context of the Park, which belongs to the Precambrian basement,
makes the exploitation of groundwater resources uncertain with low productivity of the
production wells. The main objective of our study was to assess the potential of the
groundwater resources of Niger's W Park for their sustainable rational use. The study
first involved the research and exploitation of existing data that made it possible to
characterize the natural context of the area. Field work was done on the bathymetry of
water ponds to determine the volumes of water that can be mobilized by ponds.
Groundwater step tests and long-term pumping tests led to the estimation of the
quantity of water that can be mobilized by existing wells. The sampling and analyses
of the) physico-chemical and isotopic characteristics of groundwater have been used
as indicators to assess water quality and residence time in the aquifer. The
interpretation of data with a numerical model and an analytical solution made it
possible to define the dynamics of the aquifer system and to estimate recharge. The
last part of the work was devoted to assessing the water needs of wildlife and the
sustainable management and use of groundwater.
Results obtained from this study show that the aquifer has a poor transmissivity with
low flows. Aquifer recharge is direct and diffuse, as indicated by stable isotopes. The
Dupuit-Forcheheimer solution established that the recharge must be between 2.5 and
15 mm / year to respect the residence time of groundwater of about 15000 years as
indicated by ¹⁴C. This long residence time is consistent with the chemically evolved
water types. The physico-chemical quality of the groundwater is generally good.
The supply capacity of hydraulic structures shows that their production can in principle
adequately cover the water needs of wildlife and recharge is sufficient to support the
required level of groundwater exploitation. Groundwater in the W Park can therefore
be used sustainably. The supply of ponds to support the fauna of the W Park is
therefore an organizational and logistical issue rather than a question of resource
availability.