identifier: Lavigne, Marc-André  (2006). Modélisation numérique de l'écoulement régional de l'eau souterraine dans le bassin versant de la rivière Châteauguay.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 174 p.

subject:
modélisation
cartographie
hydrogéologie
aquifère
hydraulique
eau souterraine
écoulement
bassin versant
rivière Châteauguay

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.

Une étude hydrogéologique conjointe du Ministère du Développement Durable, de
l'Environnement et des Parcs du Québec (MDDEP) et la Commission Géologique du Canada
(CGC) a été réalisée dans le bassin versant de la rivière Châteauguay pour accroître les
connaissances et la compréhension du système aquifère. La région d'étude chevauche la
frontière canado-américaine et s'étend des montagnes Adirondack, dans l'état de New York,
jusqu'au fleuve Saint-Laurent, dans la province de Québec. Le roc fracturé de la séquence
sédimentaire Paléozoïque des Basses-Terres du St-Laurent constitue l'aquifère régional. Au-
dessus du roc se trouvent des sédiments Quaternaires d'épaisseur variable pouvant atteindre
plus de 50 m. Actuellement, 31 Mm³ d'eau sont extraits de l'aquifère annuellement dans la portion
canadienne de la zone d'étude. Ce volume est distribué selon quatre principaux utilisateurs:
municipal (38%), domestique (11 %), agricole (26%) et commercial et industriel (25%).
Des travaux ont d'abord porté sur la définition des propriétés hydrauliques des roches
sédimentaires. Les données proviennent de diverses sources: la banque des puisatiers, divers
rapports techniques ainsi que d'une campagne de travaux de terrain. Au total, 548 mesures ont
été recueillies. La moyenne géométrique des données de conductivité hydraulique (K) est de
5.1 x10-5m/s avec un écart-type du logarithme de K égal à 0.85. La lithologie ne semble pas
influencer significativement les valeurs de conductivité hydraulique. En effet, les valeurs
moyennes pour les différentes unités géologiques se trouvent toutes à l'intérieur du même ordre
de grandeur. Par contre, les valeurs de conductivité hydraulique s'avèrent plus élevées dans les
puits peu profonds et semblent varier en fonction de l'échelle de l'essai hydraulique réalisé et, par
extension, selon le volume d'aquifère investigué. Une méthode modifiée utilisant l'inverse de la
distance et tenant compte du volume représenté par la mesure de K a été utilisée afin de définir
la distribution spatiale des conductivités hydrauliques.
Un modèle numérique a été construit à l'aide du logiciel de modélisation par éléments finis
FeFlow afin de comprendre la dynamique de l'eau souterraine au niveau régional. La zone
modélisée de 2850 km² s'étend du piedmont des montagnes Adirondacks jusqu'au fleuve Saint-
Laurent. Le modèle tridimensionnel est composé de 13 couches. L'épaisseur minimale de la
couche supérieure est de 5 m tandis qu'elle s'élève à 75 m pour la couche à la base du modèle.
L'épaisseur moyenne du modèle est de 655 m pour un volume total de 1868 km³. Le maillage
raffiné contient quelques 260 176 noeuds et 476 788 éléments triangulaires. Le fleuve St-Laurent
constitue une limite à charge imposée. La base du modèle ainsi que le reste de la limite externe
sont considérés comme des limites à flux nul. Quant aux marais et rivières intermédiaires, elles
ont été modélisées à l'aide de drains. Une distribution spatiale de la recharge, variant de 0 à 400
mm, est imposée à la surface du modèle et elle est gardée fixe pour limiter les paramètres
variables du modèle. Cette recharge a été évaluée par Croteau (2006a) en utilisant le modèle
d'infiltration HELP intégré dans un SIG. L'utilisation en eau souterraine est estimée à 34 Mm³/an.
Les puits majeurs sont représentés de façon ponctuelle tandis que le reste de la consommation,
associé à l'agriculture et aux puits privés, est distribué sous forme d'une lame d'eau équivalente
et est soustrait de la recharge brute. La distribution de la conductivité hydraulique horizontale
ainsi que l'anisotropie de la conductivité hydraulique, soit le rapport des conductivités horizontale
et verticale (KtlKv) , constituent les paramètres de calage. Le calage du modèle est réalisé en
comparant 153 données mesurées de niveau d'eau aux valeurs simulées. L'erreur RMS de la
surface piézométrique est de 8.19 m, la moyenne des résidus se chiffre à -1.04 m et l'erreur
absolue s'élève à 5.69 m. L'analyse quantitative du système réalisée grâce au modèle indique
que l'écoulement régional de l'eau souterraine s'élève à 268 Mm³/an. De ce nombre, 12%
représente l'utilisation anthropique. Les résurgences aux eaux de surface comptent pour 66%
(176 Mm³/an) et le système rejette 21 % (55 Mm³/an) dans le fleuve Saint-Laurent. Les
simulations ont souligné l'influence de la structure en plans de litage sub-horizontaux des unités
sédimentaires au niveau de l'écoulement de l'eau souterraine. Le rapport Kh/Kv varie de un
jusqu'à quatre ordres de grandeur à la colline Covey, où d'importants gradients hydrauliques
verticaux ont été observés.
Les besoins croissants en eaux souterraines peuvent conduire à des conflits entre les divers
utilisateurs de cette ressource. Une meilleure compréhension du système aquifère et de sa
capacité d'alimentation en eau devrait permettre de minimiser ces conflits ou de leur trouver des
solutions rationnelles. Dans cette perspective, afin d'évaluer la sensibilité de l'aquifère régional,
plusieurs scénarios intégrant des variations de la recharge ou l'accroissement du taux
d'extraction, ont été simulés à l'aide du modèle numérique calé. Ces simulations visent aussi à
définir les zones où il serait nécessaire de faire un suivi du niveau piézométrique et de la qualité
de l'eau souterraine. Le taux d'extraction actuel dans la zone modélisée provoque un rabattement
médian de la nappe de 1.5 m en comparaison du niveau piézométrique en conditions sans
pompage. La diminution du taux de recharge affecte principalement l'élévation de la nappe dans
les endroits identifiés comme étant des aires de recharge. Quant aux zones de résurgence, elles
ne sont presque pas influencées. En conditions humides, le niveau piézométrique ne s'avère
presque pas influencé. Aussi, une augmentation du taux d'extraction à 48 Mm³/an (5 mm/m²•an),
provoque un rabattement médian de 2.1 m. Ce débit est considéré comme étant durable puisque
les variations du niveau piézométrique générées par ce pompage s'apparentent aux fluctuations
enregistrées annuellement. Par contre, un débit d'extraction supérieur à 122 Mm³/an
(31 mm/m².an) est considéré comme étant non durable. Ce seuil correspond à un taux
d'extraction équivalent aux débits des résurgences. Le rabattement médian de 6 m associé à ce
taux d'extraction nécessite tout de même un suivi plus constant des niveaux d'eau, car au moins
121 puits s'assècheraient et devraient être forés de nouveau. Les aires de recharge s'avèrent
plus sensibles à l'accroissement du taux d'extraction. Une analyse spatiale de la portion
canadienne de la région d'étude a été effectuée pour délimiter les zones sensibles de l'aquifère.
Cette analyse combine la vulnérabilité à la contamination de surface (DRASTIC), la sensibilité au
pompage et la sensibilité aux variations de la recharge. Les résultats des scénarios de
modélisation montrent quel serait le comportement du système sous diverses conditions, ce qui
devrait permettre de mieux gérer et protéger les ressources en eau souterraine et de concilier
leurs usages.

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

A joint hydrogeological assessment study was conducted in the Châteauguay River watershed by
the Ministère du Développement Durable, de l'Environnement et des Parcs du Québec (MDDEP)
and Natural Resources Canada. The main objective was to increase the general knowledge of the
groundwater resources. The watershed extends from northeastern New York State (USA) to
southwestern Quebec (Canada). Fractured sedimentary rocks of the St Lawrence Platform host
the regional aquifers. A layer of Quaternary sediments of variable thickness reaching up to 50 m
overlays the bedrock. Currently, groundwater use is estimated to be approximately 31 Mm³/y in
the Canadian part of the study area. This volume is distributed between the municipal (38%),
domestic (11 %), agriculture (26%) and commercial and industrial (25%) users.
Hydraulic properties of the regional sedimentary rock aquifers were characterized based on data
collected from borehole logs, technical reports and data obtained during the fieldwork conducted
as part of this study. The collected data set consists of 548 measurements of the hydraulic
conductivity (K). The average K is 5.08x10-5m/s with a standard deviation of logarithms of 0,85. It
seems that lithology does not significantly influence the hydraulic conductivity values which are
within the same order of magnitude for ail rock units. The hydraulic conductivity is higher for
shallow wells and is strongly influenced by the scale of the hydraulic test and the corresponding
investigated aquifer volume. A modified inverse method (MID) was used to generate a spatial
distribution map of hydraulic conductivity over the study area.
A numerical model of the regional groundwater flow system was built using the finite element
simulator FeFlow. The modeled area (2850 km²) extends from the foothills of Adirondacks to the
St. Lawrence River. The 3D model consists of 13 layers. The minimum layer thickness varies
from 5 m for the top layer to 75 m for the bottom layer for an average simulated thickness of
655 m and a total volume of 1868 km³. The refined mesh of the model consists of 260 176 nodes
and 476 788 triangular prism elements. The St. Lawrence River is assumed a specified head
boundary; the base and lateral limits are considered no-flow boundaries, whereas head and
conductivity dependant boundaries are specified along streams and wetlands. Spatially
distributed recharge is applied on the top of the model as a specified flux in the range of 0 to 400
mm/y. Groundwater use, estimated at 34 Mm³/y, is assigned as sink sources for major wells with
known pumping rates, and as a uniformly distributed negative flux imposed on top of the model to
simulate diffuse domestic and agricultural withdrawals. Calibration parameters were the horizontal
hydraulic conductivity and the vertical anisotropy, and it was carried out against the 153 field
measurements of water levels. The RMS error of the simulated potentiometric surface is 8.19 m
with a mean error of -1.04 m and an absolute error of 5.69 m.
Modelling results indicate that regional groundwater flow amounts to 268 Mm³/y: 12% is
withdrawn for human purposes; 66% is discharged to intermediate streams; 21 % is discharged
directly to the St. Lawrence River; and 1 % is transferred to the neighbouring sub-watersheds.
Simulations confirm the field observations that the groundwater flow is predominantly controlled
by the sub-horizontal bedding planes of the sedimentary rocks. The calibrated vertical anisotropy
(Kh/Kv) varies from one order to as much as four orders of magnitude on Cave y Hill where steep
hydraulic gradients were observed.
Steadily increasing groundwater use in the Châteauguay River watershed may lead to potential
conflicts between the various groundwater users. The calibrated model was used for predictive
groundwater flow simulations in order to define the most sensitive areas of the regional aquifers
where increased monitoring of the groundwater levels and quality will be needed. The various
scenarios consisted of applying recharge rates under drought and humid conditions and
increased withdrawal. The current pumping rate results in an average drawdown of 1.5 m
compared to pre-development conditions. Decreased recharge mainly affects areas where the
estimated recharge rates were the highest. On the other hand, increased recharge seemed to
have less effect on the groundwater levels. Increasing the withdrawal rate to 48 Mm³/y results in
an average drawdown of 2.1 m. This pumping rate was considered as a sustainable threshold for
the modeled domain as the generated drawdown is in the range of seasonal fluctuations of the
groundwater levels. A pumping rate of up to 122 Mm³/y (31 mm/m²/y) which results in an average
drawdown of 6 m would necessitate increased monitoring. This drawdown would result in at least
121 wells drying up and needing to be re-drilled. Above this limit, the pumping rate becomes
greater than the natural discharge and is considered as not-sustainable by the regional aquifers.
The increased withdrawal mainly affects the recharge areas which show highest drawdown.
Finally, the most sensitive areas of the regional aquifers were defined by a combination of the
DRASTIC vulnerability map, and the sensitivity maps to decreased recharge and increased
withdrawal.


identifier: Lapointe, Stéphane  (1999). Traitement subjectif de l'incertitude par la théorie des possibilités: application à la prévision et au suivi des crues.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 247 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject:
systèmes de surveillance
traitement de l’incertitude
théorie des possibilités
crue
eau
gestion
prévision
approche bayesienne
bassins de SÉCAL

abstract:
La gestion de l'eau qui alimente un réservoir hydrique en période de crue revêt une
importance critique. L'hydrologue doit faire face à deux objectifs conflictuels; d'une part,
minimiser le risque d'inondation et d'autre part maintenir le niveau d'eau suffisamment élevé
pour que le réservoir puisse remplir ses fonctions (production hydroélectrique, utilisation par
les riverains, préservation de la faune aquatique, etc.) Pour l'aider à planifier l'utilisation de
la ressource eau, l 'hydrologue utilise des systèmes de prévision qui fournissent des estimés
imprécis des caractéristiques de la crue (des apports non contrôlés, principalement). Dans
certains cas, en particulier celui qui a été étudié ici, ces systèmes de prévision sont peu
performants en raison essentiellement de l'incertitude météorologique. L'hydrologue qui
utilise de telles prévisions sans tenir compte de leur qualité prend des risques sans pouvoir en
mesurer les conséquences.
Ce projet de recherche vise à proposer une solution pratique à ce problème. L'approche qui
a été adoptée consiste à effectuer une meilleure gestion des systèmes de prévision. Ceci a
conduit au développement d'une méthodologie se divisant en deux volets:
1. D'une part, on effectue un suivi continu de la crue en mettant à jour les prévisions des
caractéristiques de cette crue en fonction de son stade actuel.
2. D'autre part, on prend directement en compte l'incertitude sur les prévisions dans le but
de pondérer l'effet de ces prévisions sur la décision finale.
La prise en compte de l'incertitude est une question centrale dans ce projet de recherche. Le
patron d'inférence bayesien a été adopté pour réviser des modèles d'incertitude suite à
J'arrivée d'une nouvelle information (une prévision). Par contre, pour la modélisation de
l'incertitude, la théorie des possibilités est proposée comme alternative à J'approche
bayesienne classique; ceci permet de traiter subjectivement l'incertitude. Certains
développements fondamentaux en théorie des possibilités ont été réalisés dans le cadre de ce
travail pour pouvoir utiliser le patron d'inférence bayesien. Dans le but de proposer une
solution applicable, on discute aussi du problème d'interprétation du terme « possibilité» et
du problème de construction de distributions de possibilités.
Ce projet de recherche a été réalisé en collaboration entre l'INRS-Eau et la Société
d'électrolyse et de chimie Alcan Ltée qui exploite un important réseau hydroélectrique au
Saguenay-Lac-Saint-Jean. Par conséquent, la méthodologie développée a été appliquée sur
les bassins d'Alcan dans le but d'aider la compagnie à la planification de la production en
période de crue printanière. Les résultats obtenus avec la théorie des possibilités sont
comparables à ceux obtenus avec l'approche bayesienne. Par contre, l'approche possibiliste
offre une plus grande souplesse quant à l'intégration de l'information de nature subjective.


identifier: Paucar-Munoz, Hilda Maria  (2010). Cokriegage de la texture et du contenu en matière organique des sols: Comparaison de l'information secondaire apportée par une sonde électromagnétique multifréquence et un spectromètre de rayons gamma.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 173 p.

subject:
sol
fertilité
sonde électromagnétique
spectromètre
cokriegage
matière organique

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'utilité d'un spectromètre à rayon gamma pour caractériser la granulométrie et le taux
de matière organique des sols a été testée. Les erreurs d'estimation ont été comparées
avec celles obtenues en utilisant une sonde de conductivité électrique. Les résultats
montrent que les covariables construites avec les comptes totaux de rayonnement
gamma et des comptes relatifs au pic induit par le potassium (40K) augmentaient la
précision des estimations des taux de matière organique d'environ 3.5%. La sonde de
conductivité électrique multifréquence n'améliorait pas les estimations de ce paramètre,
mais permettait de meilleures estimations des fractions d'argile, de limon et de sable
dans les sols. Les spectromètres de rayon gamma et les sondes de conductivité
électrique peuvent être utilisées conjointement pour fournir une information secondaire
complémentaire qui améliore les cartographies des sols.

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

We tested the usefulness of a field gamma-ray spectrometer to map soil organic matter
content and grain size. Estimation errors were compared to those obtained with an
electrical conductivity sensor. Results show that the derived covariate constructed from
the total counts and the count related to potassium (40K) spike increased the precision of
the estimated soil organic matter content by about 3.5%. The multi-frequency electrical
conductivity sensor did not improve the estimation of this soil parameter but it performed
better than the gamma spectrometer for estimating clay, sand, and silt contents.
Gamma-ray spectrometers and electrical conductivity sensors can be used
simultaneously to provide complementary secondary information that increases the map
quality.


identifier: Lacharité, Julien  (2011). Éléments traces dans le biomoniteur hexagenia limbata provenant de lacs de la région de Rouyn-Noranda, Québec.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 108 p.

subject:
éléments traces
biomoniteur
éphémère fouisseuse
hexagenia limbata
variations spatiales
variations temporellescontamination
lacs
Rouyn-Noranda

abstract:
Les métaux traces sont des éléments métalliques présents naturellement dans les écosystèmes
aquatiques mais l'extraction et le raffinage à grande échelle de ces ressources par les
compagnies minières ont contribué à modifier grandement les concentrations retrouvées dans
les régions où cette industrie est importante (Nriagu et Pacyna, 1988). Cette étude vise à
déterminer si l'éphémère fouisseuse Hexagenia limbata est un biomoniteur efficace pour évaluer
le niveau de contamination des éléments traces dans les lacs de la région de Rouyn-Noranda,
Québec. Ce biomoniteur sera utilisé pour déterminer la variabilité spatiale et temporelle des
éléments traces biodisponibles dans ces lacs. Nous avons sélectionné 11 lacs à différentes
distances de la raffinerie Horne, située à Rouyn-Noranda, dans lesquels nous avons récolté des
échantillons de sédiments, d'eau et de larves de Hexagenia limbata. Pour aucun des métaux
étudiés (Cd, Co, Cu, Mn et Zn) nous n'obtenons une relation significative entre les
concentrations de l'ion libre dans l'eau sus-jacente et celles des branchies ou des larves
entières. En fait, seul l'arsenic à des relations significatives avec l'eau ou les sédiments et la
larve de H. limbata. Les larves de Hexagenia effectuant un tri des particules sédimentaires selon
la taille et la qualité alimentaire, à l'aide de soies sur leurs pattes, avant de les ingérer, les
sédiments qui sont donc consommés et présents dans le tractus digestif ne sont donc pas en
tout point semblable à ceux que l'on retrouve dans le milieu dans lequel ces dernières sont
prélevées. La relation forte (r² = 0.92) entre les rapports [Élément] max / [Élément] min chez les
larves entières et ceux des sédiments du milieu suggère que les concentrations des éléments
traces chez les larves sont corrélées avec celles dans leur milieu et que les sédiments sont une
source importante de ces éléments pour les larves. En comparant nos données avec celles
obtenues il y a 20 ans (1987 à 1992), nous constatons que les concentrations de plusieurs
métaux (Cd, Cu et Zn) ont diminué dans les larves de H. limbata et dans l'eau, et ce, pour la
plupart des lacs que nous avons étudiés. Ces déclins suggèrent qu'il y a eu amélioration des
conditions environnementales près de Rouyn-Noranda suite aux réductions des émissions
atmosphériques de la fonderie Horne dans les années 80.


identifier: Perreault, Simon  (2012). Validation et analyse de sensibilité d'un modèle d'estimation de l'humidité et de la température du sol en Montérégie.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 159 p.

subject:
modèle STM²
humidité
température
sol
pédotransfert
Montérégie

abstract:
Les conditions d'humidité et de température du sol jouent un rôle important pour la croissance
et le développement des plantes. La modélisation de ces conditions permet de prédire les
rendements et les risques d'épidémies et de maladies. Dans ce projet, le Soif Temperature and
Moisture Model (STM²) a été utilisé pour générer des estimations de l'humidité et de la
température du sol à différentes profondeurs. STM² utilise deux types d'entrées: 1) des
propriétés de sol (texture et contenu en matière organique) et 2) des données météorologiques
quotidiennes (précipitations totales et températures minimale et maximale).
L'étude visait 1) à évaluer la qualité des prédictions de l'humidité (θ) et de la température (T)
pour quatre types de sols minéraux représentatifs de la diversité pédologique de la Montérégie
(sable loameux graveleux, sable loameux, loam sableux et argile limoneuse), 2) valider les
performances des fonctions de pédotransfert (FPT) de STM² à partir de données analytiques
des sols de la Montérégie, 3) analyser la sensibilité relative à la prédiction de θ  et T ainsi que
certaines propriétés de sol générées par FPT à l'intérieur du modèle STM², 4) analyser la
sensibilité des FPT aux propriétés primaires des sols et 5) développer de nouvelles FPT
adaptées au contexte pédoclimatique de la Montérégie à partir de régressions pas à pas et de
régressions canoniques. Pour la validation des prédictions de θ  et T à partir du modèle STM²,
une station pédoclimatique a été installée dans chacun des quatre champs de maïs. Celles-ci
étaient constituées de quatre sondes de mesure de θ  (15, 30,45 et 60 cm de profondeur) ainsi
qu'une sonde de mesure de T à 10 cm (pour les saisons 2008 et 2010). Deux autres sondes de
mesure de T ont été ajoutées en 2010 à 25 et 50 cm de profondeur. Les sols ont été
échantillonnés à chacune des profondeurs de mesure de θ  pour déterminer la texture, le
pourcentage de fragments grossiers, le pourcentage de carbone organique, la masse
volumique apparente, la conductivité hydraulique à saturation et les teneurs en eau
volumétriques à différentes tensions (0, -10, -33 et -1500 kPa). La performance du modèle a été
évaluée pour l'ensemble des saisons de croissance de 2008 et 2010 et pour trois stades
phénologiques du maïs.
Dans l'ensemble, les résultats montrent que la température est mieux estimée que l'humidité
du sol. Pour l'estimation de θ, le modèle a bien performé avec les sols de texture de type sable
loameux et loam sableux et moyennement pour le sol argileux. Les estimations de θ  pour le sol
graveleux se sont avérées de piètre qualité, sans doute parce que le modèle ne prend pas en
considération le contenu en fragments grossiers du sol. Quant aux estimations de T, elles se
sont avérées excellentes pour tous les sols testés. La qualité des estimations décroît avec
l'augmentation de la profondeur pour les estimations de θ  et est meilleure pendant les première
et troisième périodes phénologiques du maïs (θ  et T). Les prédictions quotidiennes de θ  ont été
meilleures que les prédictions horaires mais elles étaient similaires pour T. La teneur en eau à -
1500 kPa et la masse volumique apparente telles qu'estimées à partir des FPT intégrées dans
STM² étaient plutôt fiables quoique légèrement biaisées alors que la teneur en eau à -33 kPa
ainsi que la conductivité hydraulique à saturation comportaient des erreurs et des biais élevés.
L'analyse de sensibilité relative de STM² a révélé que les propriétés primaires du sol affectent
l'estimation de θ différemment selon la texture et le contenu en carbone organique du sol. La
masse volumique apparente estimée par FPT s'est avérée la propriété secondaire ayant l'effet
le plus important sur les estimations de θ et ce, tout sol confondu. Les analyses de sensibilité de
STM² pour l'estimation de T ont démontré que le modèle a une sensibilité faible à négligeable
aux propriétés primaires et secondaires du sol. L'analyse de sensibilité a également révélé que
les variables météorologiques d'entrée du modèle ont des effets important sur les estimations
de θ et de T. Enfin, les différentes FPT développées par les méthodes de régression pas à pas
et de régression canonique étaient mieux adaptées aux données analytiques de la Montérégie
en offrant des indices et erreurs plus faibles que celles intégrées dans STM². Quoique ces deux
méthodes ont donné des performances relativement similaires, la conductivité hydraulique à
saturation a été mieux estimée avec la FPT obtenue par régression canonique. Cette propriété
demeure toutefois moyennement bien estimée. .
Cette étude a démontré que STM² permet de prédire l'humidité et la température de surface des
sols de la Montérégie avec une certaine fiabilité. Pour améliorer les prédictions, il conviendrait
d'intégrer les FPT développées dans STM², ce qui permettrait de bien calibrer le modèle aux
conditions agro-pédologiques particulières de la Montérégie. Ainsi, le modèle pourrait servir à
diverses applications agroenvironnementales.


identifier: Zaiem, Jihène  (2012). Analyse de la réponse hydrologique lors de pluies intenses : cas d'application du bassin de drainage du collecteur de la Savane (Ville de Québec).  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 140 p.

subject:
hydrologie
pluie
bassin de drainage
surcharge
inondation
SWMM5
urbain
hydraulique
collecteur de la Savane
ville
Québec

abstract:
En milieu urbain, lors d'évènements pluvieux intenses, la surcharge des réseaux de drainage
souterrains peut provoquer des inondations en surface. Lors de tels événements, les
interactions entre l'écoulement de surface et l'écoulement en conduites deviennent parfois
importantes. C'est dans ce contexte que nous nous sommes intéressés à comprendre le
comportement des modèles d'hydrologie/hydraulique urbaine lors d'évènements pluvieux
intenses. Ce mémoire présente, en premier lieu, une revue de littérature expliquant comment les
modèles actuels représentent les cas de surcharge et d'inondation ainsi que les interactions
entre les écoulements en conduites et en surface. Cette étude s'est ensuite intéressée à
l'analyse de la capacité du modèle SWMM5, largement utilisé en hydrologie/hydraulique
urbaine, à reproduire le comportement du réseau de drainage du collecteur de la Savane (dans
la Ville de Québec) lors de pluies intenses. Cette analyse a montré que le modèle SWMM5,
malgré qu'il n'ait pas été calé avec des pluies intenses, a donné de bons résultats en matière de
reproduction des élévations d'eau atteintes en surface lors des inondations, sauf pour un
évènement plus long ayant probablement conduit à la saturation des sols du bassin de
drainage. Cependant, le modèle a montré certaines limites au niveau de la représentation des
étendues des zones inondées, puisqu'il a souvent surestimé l'étendue des inondations pour les
cas de pluies analysées.
Pour bien comprendre ce qui s'est réellement passé au moment d'un évènement pluvieux
particulier dans une zone urbaine, on doit certes disposer d'un modèle adéquat, mais aussi de
données de pluie représentatives. C'est pourquoi cette étude s'est intéressée, par la suite, à
analyser la donnée de pluie sous plusieurs angles, afin de comprendre comment la pluie agit sur
la réponse des réseaux de drainage. On a tout d'abord examiné la relation entre les pluies
mesurées el) différents pluviomètres en analysant la corrélation spatiale des maximums de pluie
à l'échelle des évènements pour le réseau de pluviomètres de la Ville de Québec. Cette analyse
a montré que les maxima de pluie mesurés pour diverses durées au cours d'un même
évènement sont souvent peu corrélés à ceux mesurés quelques kilomètres plus loin. Par
conséquent, il faut demeurer prudent lorsqu'on utilise des données de pluie provenant d'une
station de mesure éloignée d'un bassin de drainage donné si l'on souhaite comprendre ce qui
s'est réellement passé sur ce bassin lors d'un évènement particulier. Par la suite, l'impact de la
donnée de pluie sur la réponse d'un réseau de drainage a été évalué en utilisant comme
données d'entrée au modèle SWMM5, pour le secteur du collecteur de la Savane
(Ville de Québec), les mesures de deux pluviomètres situés de part et d'autre de ce secteur et
séparés d'une distance de 3,3 km. La pluie a ainsi été analysée en tant que « séries
d'événements de pluie » pour considérer à la fois l'effet de la hauteur totale de pluie enregistrée
et de la forme de l'hyétogramme sur la réponse du réseau. Cette analyse a d'abord été
effectuée avec tous les évènements pluvieux enregistrés lors des étés 2004 à 2010 puis, par la
suite, avec les dix pluies les plus intenses sur une durée équivalente au temps de concentration
du réseau à l'étude (30 minutes). Cette analyse a montré que, même à petite échelle, la
structure spatiale de la pluie induit des disparités au niveau de la réponse hydrologique et
hydraulique du réseau. Ces disparités ont été évaluées par certains critères de surcharge et
d'inondations, tels que le nombre de noeuds surchargés et inondés, la durée de surcharge et
d'inondation, etc. Ces analyses nous ont permis de constater que la réponse du réseau, lors
d'un évènement donné, peut parfois être très différente si l'on utilise les données de pluie
provenant de deux stations différentes, séparées de 3,3 km seulement. Ces écarts sont d'autant
plus prononcés dans le cas des évènements intenses. Cette analyse vient appuyer les
conclusions de la partie précédente du mémoire et confirme la nécessité d'avoir un réseau de
pluviomètres dense afin de pouvoir représenter et comprendre, au mieux, la réponse d'un
réseau de drainage à la suite d'un évènement pluvieux ayant causé des problèmes de
refoulement et/ou d'inondations.


identifier: Reynier, Nicolas  (2012). Décontamination des sols pollués par des métaux, du pentachlorophénol et des dioxines et furanes.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 284 p.

subject: décontamination contamination sol pollution métaux arsenic chrome cuivre pentachlorophénol dioxines furanes PCP PCDDF granulométrie

abstract:
Le Canada, comme beaucoup de pays industrialisés, possèdent de nombreux sites de stockage
de bois traité fortement contaminés par des polluants organiques (pentachlorophénol (PCP),
dioxines et furanes (PCDDF) et inorganiques (As, Cu et Cr). Il n'existe pas actuellement de
technologies capables de décontaminer efficacement et, à des coûts raisonnables, ce type de
contamination mixte. Étant donné l'absence de technologies appropriées, les approches
retenues ont été la stabilisation chimique ou solidification, ou encore, l'excavation et
l'enfouissement des sols contaminés. Or, ces approches sont, à tout le moins, fortement
discutables d'un point de vue environnemental et sont d'ailleurs proscrites dans bien des
situations. La décontamination et la protection des sols et des terrains contaminés apportent de
nombreux avantages pour le Canada à la fois économique et politique (réduction de la part des
terrains contaminés inscrits au déficit budgétaire), écologique (préservation de l'environnement
et réduction des déchets associés à certaines filières de traitements) et sanitaire en raison de la
toxicité des contaminants.
La réalisation de ce doctorat a permis de mettre à jour les connaissances théoriques et
techniques requises pour amener, à l'échelle industrielle, une nouvelle technologie simple
(solubilisation conjointe des métaux et des polluants organiques), sécuritaire (utilisation de
produits chimiques inoffensifs, réutilisation des eaux de procédé) et performante (capable de
réduire les teneurs en contaminants sous le seuil du critère C du Gouvernement du Québec) de
décontamination de sites.
Les recherches effectuées ont permis d'identifier deux filières technologiques efficaces pour
l'enlèvement des métaux (As, Cr et Cu) et du PCP à partir de quatre sols présentant des
teneurs variables de ces contaminants. Les teneurs en PCDDF de ces sols sont également à
des concentrations supérieures au critère C voir au critère D de la réglementation du Québec.
Les quatre sols étudiés proviennent de trois sites de stockage de bois traité en cours ou en
projet de réhabilitation. Les teneurs mesurées en polluants dans ces quatre sols se situent dans
les gammes suivantes: 50 à 250 mg As/kg, 35 à 220 mg Cr/kg et 80 à 350 mg Cu/kg, 2 à 30 mg
PCP/kg et 1 300 à 6 500 ng TEQ-PCDDF/kg.
Les deux procédés (flottation acide et lixiviation basique) ont été comparés pour décontaminer
chacun des quatre sols présentant des contaminations variables en métaux et en PCP. Les
essais ont été réalisés avec des masses de 100 g de sol (fraction 0 - 2 mm) en bécher de 2 L
ou en cellule de flottation.
La flottation du sol en milieu sulfurique pendant 1 h à 60°C avec trois cycles de flottation en
utilisant le surfactant cocamidopropylbétaine (BW) à 1 % a permis de solubiliser les métaux avec
des rendements moyens respectifs pour le Cr, le Cu et l'As de 51, 85 et 90%. Les teneurs
finales en métaux dans les sols étaient inférieures au critère B. Le PCP a été solubilisé du sol à
un rendement moyen pour les quatre sols de 62%.
D'un autre côté, la lixiviation basique des sols pendant 2 h à 80°C a permis de solubiliser le Cr,
le Cu et l'As avec des rendements moyens respectifs de 32, 60 et 77%. Trois des quatre sols
avaient des teneurs en métaux inférieures au critère B après traitement. Pour le PCP, le
rendement moyen pour les quatre sols était de 87%. Les teneurs des quatre sols étaient
inférieures au critère C et relativement proches du critère B.
Par la suite, la performance des deux procédés chimiques a été évaluée pour l'enlèvement des
PCDDF à partir des sols contaminés. Les conditions opératoires du procédé le plus performant
pour l'enlèvement simultané des métaux, PCP et PCDDF ont été optimisées et la récupération
des polluants par différentes techniques de précipitation, adsorption et d'échange ionique a été
étudiée. La réutilisation en continu des eaux de procédé et l'évaluation technico-économique du
procédé ont également été réalisées.
L'optimisation du procédé de lixiviation basique par la méthodologie des plans d'expériences a
permis la décontamination des quatre sols avec des teneurs finales en As, en Cr, en Cu, en
PCP et en PCDDF inférieures au critère C (excepté pour les PCDDF de l'un des quatre sols).
Plusieurs modes de traitement ont été étudiés dans le but de pouvoir rejeter ces effluents dans
les égouts ou de pouvoir les recycler dans le procédé de décontamination sans risque de perte
d'efficacité. Les résultats ont permis de montrer l'efficacité du traitement par précipitationcoagulation
avec des teneurs finales en arsenic et PCP inférieures à 1 mg/L et en chrome et
cuivre à 5 mg/L. Un traitement par échange ionique avec une résine fortement cationique suivi
par une adsorption sur charbon actif a permis l'élimination de plus de 99 % du PCP. Le coût de
ce traitement est cependant relativement élevé, 240 - 364 $/tst par rapport au traitement par
précipitation-coagulation qui est évalué à 76 $/tst.
Afin de réduire les coûts de décontamination des sols, des essais ont été réalisés afin d'évaluer
l'applicabilité de ce procédé en contre-courant avec recirculation des effluents. La
décontamination des sols en contre-courant a permis de réduire les coûts de traitement à
292 $/tst sans perte d'efficacité. Ces résultats sont très encourageants et permettent
d'envisager une application industrielle de ce procédé après son étude à l'échelle pilote.


identifier: Mailloux, Michel  (2002). Caractérisation et modélisation numérique du comportement des matériaux énergétiques dans les sols et l'eau souterraine d'un site d'entraînement anti-char.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 249 p.

subject:
eau souterraine
sol
hydrostratigraphie
hydrogéologie
site Arnhem
contamination
matériaux énergétiques
modélisation
modèle numérique

abstract:
La base militaire de Val cartier opère le champ de tir antichar Arnhem depuis les années
1970. Le type de munitions utilisé pour l'entraînement est la roquette M72 dont la charge
explosive est constituée de 300 g d'Octol, un mélange de 60% HMX (Octahydro-1,3,5,7-
Tetranitro-1,3,5,7-Tetrazocine), 30% TNT (2,4,6-Trinitrotoluene) et 10% RDX
(Hexahydro-1 ,3,5-Trinitro-1 ,3,5-Triazine). Une problématique environnementale a été
soulevée puisqu'une proportion non-négligeable des munitions n'explose pas à l'impact.
Le contenu en matériaux énergétiques (ME) des roquettes non explosées se disperse à la
surface du sol pour ensuite être dissous par l'eau de pluie et migrer vers la nappe
phréatique.
Le Centre de recherche pour la défense Valcartier (CRDV) et l'INRS-Géoressources
mènent une étude hydrogéologique depuis 1998 dont le but est la compréhension du
comportement des matériaux énergétiques dans les sols et l'eau souterraine. La
méthodologie utilisée pour ce projet de recherche comporte trois grands volets, soit les
travaux de terrain, les essais en laboratoire et la modélisation.
Une des étapes principales de ce projet était d'instrumenter le champ de tir anti-char
Arnhem de façon exhaustive afin d'avoir une quantité suffisante de données
hydrogéologiques et physico-chimiques nécessaires pour comprendre le comportement
des matériaux énergétiques. Les travaux de terrain ont montré que le contexte
hydrogéologique est très complexe dans le secteur du champ de tir Arnhem. Ces
complexités sont la présence d'une nappe perchée, un changement brusque de direction et
de vitesse d'écoulement, une stratigraphie discontinue, une géométrie complexe de
l'aquifère et un régime d'écoulement caractérisé par des effets transitoires majeurs. Les
travaux de caractérisation ont également montré que le HMX est le principal ME observé
dans les sols de surface près des cibles d'entraînement et dans l'eau souterraine alors que
le RDX et le TNT y sont quasi-absent.
À partir des résultats des travaux de caractérisation, un modèle conceptuel expliquant le
comportement des matériaux énergétiques a été développé. Le HMX est dissous très
lentement, est faiblement adsorbé et pourrait se biodégrader sous les conditions aérobies
de l'aquifère. En mettant en relation la fluctuation du niveau de la nappe avec la
concentration en HMX dans l'eau souterraine, il est possible d'observer qu'une
impulsion de HMX est produite à chaque épisode de recharge de l'aquifère. Cette suite
d'impulsions de HMX dissous génère un panache de contamination dans l'eau
souterraine. En comparaison avec le HMX, le TNT est dissous plus rapidement, est plus
adsorbé et se biodégrade en condition aérobie.
Parce qu'il est essentiel d'avoir une solide connaissance du régime d'écoulement de l'eau
souterraine avant d'entreprendre une étude détaillée sur le transport des contaminants, des
travaux de modélisation hydrogéologique 3-D en condition non-saturée/saturée ont été
entrepris avec le programme FRAC3DVS. Les résultats montrent que les vitesses
d'écoulement dans la partie supérieure de l'aquifère changent de façon significative selon
les saisons sur le flanc de la montagne car cette zone devient saturée pendant la recharge
printanière et se désature en période d'étiage. Les effets qu'ont ces phénomènes
transitoires sur l'évolution du panache de HMX dissous dans l'eau souterraine ont été
évalués avec une simulation du transport de masse en condition advective/dispersive. Les
résultats montrent que le panache s'écoule rapidement à partir de la source pendant la
recharge printanière mais ne se rend pas complètement au centre de la vallée avant que le
flanc de la montagne ne s'assèche en période d'étiage.

Abstract

The Arnhem anti-tank range has been in operation since the 70's at BFC-Va1cartier. The
ammunition used for training at the range is the M72  rocket with an explosive charge
made of 300 g of Octol (60% HMX, Octahydro-l,3,5,7-Tetranitro-l,3,5,7-Tetrazocine,
30% TNT, 2,4,6-Trinitrotoluene and 10% RDX, Hexahydro-l,3,5-Trinitro-l,3,5-
Triazine). An environmental issue is related to the misfire of M72: the unexploded
ammunitions at the soil surface (DUD) or into the ground (UXO) provoke the spreading
of energetic materials (EM) in the sandy soil of the range, the infiltration of rain and
water from snow melt dissolves EM and transports them to the water table.
In 1998, the Defence Research Establishment Va1cartier (DREV) and the Institut national
de la recherche scientifique (INRS) initiated a hydrogeological study to understand the
behaviour of EM in the vadose zone and the water table aquifer underlying the range.
The methodology used for this project consists of field characterization, laboratory tests
and numerical modeling.
One of the main steps of this project was to characterize the site thoroughly in order to
gather the information needed to understand the behavior of EM. Characterization work
has shown that the hydrogeological setting is complex in the vicinity of the Arnhem
range: presence of a perched aquifer, a sharp shift in the direction of groundwater flow,
steep bedrock slope, discontinuous stratigraphy and transient effects on the groundwater
flow regime. The characterization has also shown that HMX is the main EM observed in
soil close to the training target and in groundwater, whereas RDX and TNT are present
only in traces.
A conceptual model of EM behavior was defined based on the characterization. HMX is
weakly adsorbed, could be biodegraded under aerobic condition and is slowly dissolved.
The very low dissolution of HMX explains why the major mass of this EM is located in
the soil surface, limiting its impact on groundwater. In comparison with HMX, TNT is
more quickly dissolved and more strongly adsorbed.
Since it is essential to have an excellent knowledge of groundwater flow pnor to
performing a detailed contaminant transport study, such as what is required for natural
attenuation assessment, a 3-D unsaturated/saturated groundwater flow modeling study
was initiated using FRAC3DVS. Sharp seasonal groundwater flow velocity changes
were predicted close to the source because this area becomes unsaturated during low-water
periods but is saturated during spring recharge. The effects of such variations in
the seasonal groundwater flow regime on dissolved HMX migration was clearly assessed
with a simple advective/dispersive mass transport simulation. The results show that the
dissolved EM quickly migrates away from the source during recharge events but does not
entirely reach the center of the valley before the aquifer on the mountain side goes dry.


identifier: Lewis, Jeffrey  (2007). The transport and fate of detonation residues originating from cracked unexploded ordnance in the vadose zone.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 413 p.

subject:
transport
matériaux énergétiques dissous
zone vadose
ingénierie
climat
explosif
champs de tirs
Valcartier

abstract:
Ce travail porte sur le transport des matériaux énergétiques (ME) dissous en transit dans la
zone vadose. Contrairement à la plupart des études publiées dans ce champ d’expertise, notre
travail présente une approche d’ingénierie. Pour cette recherche, les conditions climatiques et les
sources d’explosifs ont été reproduites en laboratoire dans l’objectif de produire de l’information
applicable aux champs de tirs des secteurs d’entraînement.
De grandes colonnes de sol non saturé ont été construites et placées dans un laboratoire à
conditions climatiques contrôlées. Les précipitations et la température ont été ajustées pour
reproduire les conditions réelles observées au champ de tir Arnhem, sur la base des forces
Canadiennes (BFC) de Valcartier. La BFC de Valcartier est localisée à 25 km au nord de la ville
de Québec. Le champ de tir repose sur un dépôt de sable moyen d’origine glaciaire et deltaïque.
Le sable d’origine glaciaire d’Arnhem a été mis dans les colonnes.
Les sources d’explosifs ont été générées avec des mortiers de 81 mm à l’explosif brisant
remplis avec de la composition B. La composition B est une combinaison de 60% de 1,3,5-
trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX), de 39% de trinitrotoluène (TNT) et de 1% de cire. La
composition B et ses composantes explosives RDX et TNT sont souvent utilisées dans les
munitions militaires. Il était donc nécessaire de produire artificiellement des sources de
contaminants à partir de ces munitions, dans des conditions contrôlées. Il est extrêmement
difficile et dangereux de trouver et de récupérer des munitions non explosées (UXO – de
l’expression anglaise unexploded ordnance) sur les champs de tirs. Il y a plusieurs façons de
créer des UXO’s. Cela peut être fait par des détonateurs défectifs, par l’impact de la munition sur
les sols mous, par déflection, par des vides créés lors du remplissage en explosif de la munition,
ou encore par les détonateurs qui sont mal ajustés ou mal installés. Toutes les différentes sortes
de munitions explosives peuvent générer des UXO. Le taux de production de UXO se chiffre
entre 3-5%, selon le type de munition. La façon aléatoire dont les UXO’s sont produits, l’accès
difficile au terrain et le fait que la plupart des UXO’s sont enterrés rend la tâche de trouver deux
UXO identiques impossible. La similarité entre les sources d’explosifs disposées sur les colonnes
expérimentales est très importante pour comparer les résultats. Pour ces raisons, il était
nécessaire de produire des UXO’s de façon contrôlée.
La génération expérimentale des sources d’explosifs a permis de démontrer
expérimentalement pour la première fois le phénomène des munitions fendues. Les munitions
fendent quand un UXO qui est déjà en place sur le terrain est frappé par un fragment d’une autre
munition qui explose à proximité. Les fragments pénètrent l’extérieur de l’UXO et projettent les
particules du remplissage d’explosif aux alentours du UXO. De plus, l’extérieur fendu de l’UXO
laisse l’explosif qui reste à l’intérieur disponible pour la dissolution par l’eau qui entre en contact
par les fissures. L’UXO qui est frappé par le fragment ne détonne pas. Il a été démontré que les
munitions fendues produisent de grandes quantités d’explosifs qui sont disponibles pour être
transportées dans la zone vadose. Jusqu’à 165.9 grammes de particules de composition B ont été
mesurés autour d’une munition fendue, suite à l’impact de fragments. Puisque ces quantités
d’explosifs peuvent être projetées dans l’environnement, les munitions fendues pourraient être
des sources importantes de matériaux énergétiques sur les champs de tir, même si elles ne sont
pas produites souvent. Il a été démontré que la distance idéale entre les deux munitions pour
produire des munitions fendues varie entre 15 et 200 cm. Si les munitions sont plus près de 15
cm l’une de l’autre, l’UXO détonne au lieu de se fendre. Si elles sont plus éloignées que 200 cm
l’une de l’autre, très peu de fragments pénètrent l’acier du UXO.
Ces sources d’explosifs ont été mises à la surface des colonnes de sols de 60 cm de diamètre
et qui contiennent une épaisseur de sable de 60 cm. Ces colonnes ont été exposées à une année
d’infiltration qui reproduisait les cycles de précipitation, d’évaporation et de transpiration pour
la région de la BFC de Valcartier. Le cycle annuel de précipitation dans cette région est
caractérisé par deux événements majeurs, soit la fonte de la neige au printemps et les fortes pluies
en automne. Il n’y a presque aucune infiltration pendant l’hiver et l’été.
L’eau qui s’écoulait à travers les colonnes était recueillie et analysée pour son contenu en
explosifs par chromatographie liquide de haute performance (HPLC), selon la méthode EPA
8330. Les concentrations en matériaux énergétiques dans l’eau sortant des colonnes étaient près
des valeurs de saturation, après deux semaines d’infiltration. La première période d’infiltration a
reproduit la fonte de la neige. L’hypothèse qui explique pourquoi ces valeurs sont aussi élevées
est que les particules très fines du résidu de détonation provenant des munitions fendues sont
dissoutes très rapidement. Les particules fines ont un ratio surface spécifique élevé, ce qui
accélère les cinétiques de dissolution, malgré les valeurs de solubilité qui sont très faibles pour les
explosifs. Vers la fin de la première période d’infiltration, les concentrations d’explosifs dans
l’eau ont commencé à diminuer. Ceci est une indication que les fractions très fines des résidus
de détonation ont été complètement dissoutes.
Une des colonnes de sol était utilisée pour une expérience avec un traceur inerte et ne
contenait aucun explosif. Dix grammes de KBr ont été mis sur la surface au début de
l’expérience et les concentrations en bromure étaient mesurées dans l’effluent de la colonne. Le
bromure est un traceur inerte et sa concentration dans l’effluent était utilisée pour la
caractérisation de l’écoulement non saturé dans les colonnes. La courbe des concentrations «
bromure vs. temps » était aussi utilisée pour la calibration du modèle numérique d’écoulement
dans les colonnes. Le facteur de retard pour les trois explosifs TNT, RDX et HMX a été de 1.56
 ± 0.5, ce qui indique que le temps nécessaire pour que ces trois composés sortent de la colonne
est de 1.56 fois plus long que pour le bromure. Ceci est une indication d’adsorption minimale des
matériaux énergétiques sur le sol sableux dans les colonnes. Les coefficients d’adsorption
mesurés étaient de 0.123 L/kg pour le TNT, de 0.091 L/kg pour le RDX et de 0.18 L/kg pour le
HMX. Ces valeurs sont en accord avec les valeurs de la littérature. Ces faibles valeurs sont une
autre indication qu’il y a très peu d’adsorption de ces trois composés sur le sol, dans les colonnes
provenant de la zone vadose du champ de tir Arnhem.
La période d’infiltration du printemps était suivie par quatre mois de sécheresse. Pendant
les mois d’été au Québec, les pertes d’humidité par évaporation et transpiration sont équivalentes
aux précipitations. Il n’y a donc pas d’écoulement vers la zone vadose.
Pendant le période d’infiltration d’automne qui a suivi les quatre mois de sécheresse, les
concentrations initiales en composantes explosives dans l’effluent des colonnes ont augmenté très
brièvement jusqu’aux valeurs de saturation. Ceci s’explique par une dissolution des résidus de
détonation dans les eaux interstitielles qui étaient immobiles pendant la période de sécheresse.
Cette masse dissoute très mobile a été immédiatement transportée dans la zone vadose lorsque
l’infiltration d’automne a débuté.
Pendant les infiltrations du printemps et de l’automne, les concentrations en produits de
dégradation du TNT dans l’eau de l’effluent étaient en général de plus d’un ordre de grandeurs
plus faibles que les concentrations en TNT. Ceci est une indication de la vitesse à laquelle ces
composantes sont transportées dans la zone vadose : il n’y a pas eu assez de temps pour que la
transformation du TNT commence.
Les expériences de dissolution ont démontré que la fraction la plus fine des résidus de
détonation a produit les concentrations les plus fortes dans l’eau, par rapport à la masse initiale.
Les cinétiques de dissolution sont quant à elles linéaires et proportionnelles à la dimension des
grains de résidus de détonation. De plus, les résultats préliminaires de dissolution supportent
l’hypothèse que la fraction la plus fine des résidus de détonation est dissoute rapidement. Par
contre, une fois que ces grains fins sont complètement dissous, les concentrations en matériaux
énergétiques dans l’eau commencent à diminuer. Les tests de dissolution ont aussi fourni la
fonction d’entrée pour les concentrations en matériaux énergétiques au sommet des colonnes qui
ont servi au modèle numérique.
Le sol a été caractérisé afin que les résultats de ce travail puissent être comparés avec les
autres données de la littérature concernant l’adsorption des matériaux énergétiques. Les
caractéristiques physiques et chimiques des sols ont un impact important sur l’adsorption et le
transport des matériaux énergétiques dans la zone vadose. La densité, la granulométrie, la courbe
caractéristique sol-eau, le carbone organique total, la capacité d’échange cationique, la porosité et
la fonction de conductivité hydraulique non saturée ont tous été définis par différents tests. Le sol
était un sable moyen, relativement uniforme. Il y avait très peu de matière organique et presque
aucune fraction argileuse. Tous les autres paramètres étaient en accord avec les valeurs de la
littérature basée sur ces données.
Un modèle d’écoulement et de transport dans la zone vadose a été conçu avec le logiciel de
modélisation numérique FEFLOW. Un modèle d’écoulement reproduisant chaque orifice au
fond de la colonne était impossible à réaliser à cause des variations de tension produites par les
mèches en fibre de verre qui étaient mises dans chacun des orifices. De plus, il a été démontré
que les chemins d’écoulement non saturés étaient trop courts pour appliquer la loi de Fick, ce qui
indique que l’équation de convection-dispersion n’était pas valide. Ce fait a limité la capacité du
modèle numérique à reproduire parfaitement l’écoulement observé.
Le travail de cette thèse a démontré que les munitions fendues sont faciles à produire si les
conditions sont favorables. Il est raisonnable d’assumer que ces conditions s’observent dans les
champs de tir. Il a été démontré que les munitions fendues produisent de grandes quantités de
matériaux énergétiques si une comparaison est faite avec les UXO’s qui ne sont pas endommagés.
Les contaminants libérés sont également très mobiles dans la zone vadose composée de sable
moyen. Il a aussi été démontré qu’il y a une augmentation temporaire de la concentration en
matériaux énergétiques dissous dans l’eau d’écoulement, suite à une période de sécheresse.
Jusqu’à 4.9 g de matériaux énergétiques provenant d’une munition fendue sont dissous et
transportés dans la zone vadose pendant la première année où la munition est ouverte à
l’environnement.
De plus, il a été démontré que le volume d’infiltration est la variable la plus importante
permettant de prévoir la masse nette de matériaux énergétiques qui est transportée dans la zone
vadose. Par contre, il y a aussi des corrélations positives entre la masse nette en matériaux
énergétiques transportée et la source de ces matériaux. Les matériaux énergétiques provenant de
munitions fendues sont plus disponibles au transport que les matériaux provenant d’explosifs
purs. Ceci est probablement un effet dû aux différences physiques entre les grains des deux
sources.
En parallèle avec les travaux complétés dans cette thèse, il y a eu beaucoup
d’échantillonnage et de forage de puits d’observation faits sur différentes bases des forces
Canadiennes. Ce travail avait pour but de caractériser l’eau souterraine des champs de tirs pour
les traces en matériaux énergétiques. L’auteur a participé ou supervisé plusieurs de ces
campagnes entre 2001 et 2004. Ces programmes d’observation d’eau souterraine avaient fourni
des résultats avec lesquels l’effluent des colonnes expérimentales pouvait être comparé. Pendant
les campagnes d’échantillonnage entre 1995 et 2004, seulement 1.4% des puits avaient des traces
détectables de matériaux énergétiques. En raison des grandes quantités des matériaux
énergétiques dissous observées dans l’effluent des colonnes expérimentales, il faut que l’effet de
dilution créé par les aquifères sous plusieurs des bases des forces canadiennes ait un rôle clé pour
atténuer les concentrations en matériaux énergétiques. Donc, le volume d’eau dans l’aquifère est
une condition primordiale dans l’évaluation des risques réliés aux activités militaires sur
l’environnement. Les grandes quantités d’eau diluent les matériaux énergétiques rapidement et il
a été calculé que 14 800 munitions fendues par kilomètre carré seraient nécessaires pour produire
des concentrations en RDX dissous dans l’eau souterraine qui soient supérieures aux limites
mandatées par le US EPA de 2 ppb


identifier: Lapointe, François  (2012). Reconstitutions paléoclimatiques à partir de la technique d'analyse d'images sur les sédiments varvés de Cape Bounty, île Melville, Canada.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 134 p.

subject:
sédiments varvés
paléoclimat
logiciel d’analyse d’images
granulométrie

abstract:
Les données satellitaires de haute-résolution provenant du nord canadien mettent en évidence
une grande réduction de la glace de mer et des surfaces enneigées depuis les 30 dernières
années. Néanmoins, les variations du climat ne sont généralement pas synchrones pour les
différentes régions du monde, y compris l’Arctique. Comprendre les variabilités climatiques du
passé est nécessaire pour mettre en perspective le réchauffement climatique récent. Dans les
régions au nord de 70° de latitude, le manque de données paléoclimatiques est flagrant. De
plus, les quelques données paléoenvironnementales existantes sont localisées à l’est de
l’archipel de l’Arctique canadien, l’ouest étant peu étudié.
Pour palier à ce manque, ce projet propose d’analyser une carotte de sédiment varvé dans
l’ouest du Haut-Arctique canadien, plus précisément à Cape Bounty, Île de Melville. La majorité
des analyses sur les sédiments varvés porte uniquement sur l’épaisseur des varves. À l’aide
d’un logiciel d’analyse d’images, en plus des données de l’épaisseur des varves, nous avons
acquis des données granulométriques à partir d’images acquises au microscope électronique à
balayage pour les 2845 dernières années. Les résultats montrent qu’il n’y a pas de lien
significatif entre les données granulométriques et l’épaisseur des varves. Des lamines de faible
épaisseur peuvent en effet être constituées de matériel très grossier généré par des
événements de haute-énergie. Ce travail a permis de caractériser les principaux facies (coulées
de débris et turbidites) à partir des indices granulométriques et de l’épaisseur des varves
extraits par analyse d’images.
Enfin, la comparaison entre les données d’événements de pluie à Rea Point, une station
météorologique, et d’une granulométrie grossière à Cape Bounty présente une corrélation
significative (r=0,85). Cette relation permet ainsi de reconstruire les événements de pluie
majeure dans le temps à partir des propriétés granulométriques du sédiment. Les varves de
Cape Bounty enregistrent une augmentation sans précédent des événements de haute-énergie
au cours du 20e siècle, ce qui n’est pas observable en se basant uniquement sur l’épaisseur
des varves. Ce récent changement à Cape Bounty est compatible avec la plus récente
compilation des proxies climatiques de l’Arctique (Kaufman et al., 2009) et suggère que l’ouest
du Haut-Arctique a également connu des températures plus chaudes au cours de la dernière
décennie qu’au cours des dernières 2845 années.


identifier: Moffett, Audrey  (2012). Impacts du cuivre et de la restriction alimentaire chez le tête-de-boule.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 142 p.

subject:
cuivre
tête-de-boule
Pimephales promelas
restriction alimentaire
poisson
statut énergétique
effet métabolique

abstract:
Un champ de recherche grandissant en écotoxicologie est l'étude de la bioaccumulation et des
effets liés à l'ingestion des métaux par la voie alimentaire, et non seulement par la voie aqueuse,
chez les organismes aquatiques. Comme le cuivre présent dans le poisson provient généralement
de son alimentation, les effets qui y sont associés sont encore peu documentés. Dans les
écosystèmes aquatiques, maints facteurs biotiques et abiotiques tels que la productivité des
milieux et la température varient au gré des saisons. L'accès à un régime alimentaire adéquat
fluctue donc naturellement au cours du cycle vital des poissons et influence leur métabolisme.
Les métaux, en plus des dépenses énergétiques qu'ils occasionnent lorsqu'ils sont absorbés en
excès par les poissons, entraînent dans ces milieux contaminés une réduction de la diversité et de
la disponibilité de leur nourriture. Ainsi, ce mémoire examine les conséquences simultanées de
deux agents stressants, la restriction du régime alimentaire combinée à l'exposition au cuivre par
l'ingestion d'une proie naturelle (Lumbriculus variegatus), sur les réserves énergétiques, le taux
métabolique, les capacités métaboliques et la croissance du tête-de-boule (Pimephales promelas).
De plus, grâce à une alimentation individualisée, il incorpore des informations sur la
bioaccumulation du cuivre. Même si la croissance était défavorisée pour tous les poissons, la
présence simultanée des deux types de stress a entraîné une altération supérieure de la croissance
au cours de la phase initiale de l'exposition. La restriction alimentaire affectait rapidement et
abondamment le métabolisme du tête-de-boule. Étonnamment, la variation du taux
d'alimentation parmi les groupes ayant ingéré ou non des proies contaminées n'influençait pas la
bioaccumulation corporelle du cuivre, qui au final, était inférieure chez les groupes ayant ingéré
des proies contaminées, et expliquée en partie par la charge journalière ingérée de cuivre. De
surcroît, l'exposition au cuivre portait moins atteinte en fin d'exposition aux réserves
énergétiques et aux capacités glycolytiques des tête-de-boules que l'absence de contamination de
leur nourriture. Les différents patrons de bioaccumulation du cuivre suggèrent que l'épithélium
du tube digestif protégeait les poissons qui ingéraient plus de proies contaminées et que les
mécanismes d'homéostasie de ce métal essentiel variaient selon le temps d'exposition. Pour
mieux cibler les effets potentiellement toxiques du cuivre provenant de la nourriture, les travaux
futurs gagneraient à mieux définir le trajet du cuivre en examinant sa bioaccumulation dans le
tube digestif, la bile et le foie séparément du reste du poisson selon une approche individuelle de
l'alimentation.


identifier: Seyhi, Brahima  (2012). Contribution à l'étude de l'applicabilité des bio-traitements à membrane dans le traitement des eaux usées contaminées par le bisphénol-A et autres polluants organiques et inorganiques.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 322 p.

subject:
bioréacteur à membrane
biotraitement
membrane immergée
colmatage
désinfection
eaux usées
contamination
bisphénol-A
polluant organique
polluant inorganique

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
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Ces dernières années, une attention croissante est portée sur la présence dans l'environnement
de polluants d'intérêt émergent tels que les perturbateurs endocriniens. Ces polluants sont
susceptibles d'avoir des effets néfastes sur l'environnement, même à des niveaux de
concentrations relativement faibles allant du nanogramme au microgramme par litre (ng.L-1 -
µg.L-1). Leur présence dans l'environnement est devenue une préoccupation d'actualité. Dans
cette thèse, l'application de la technologie de bioréacteur à membrane (BRM) a été envisagée
afin d'évaluer son potentiel de traitement des eaux usées contenant le bisphénol-A (BPA). Le
BPA est un composé utilisé dans de nombreuses applications industrielles, notamment dans la
production de plastiques polycarbonates, de résines époxydes, dans l'industrie du PVC, etc. Le
BPA a été détecté dans les eaux usées, les effluents de stations d'épuration, les eaux de
surface et les sédiments. Le BPA est un alkylphénol et un oestrogéno-mimétique capable de se
lier au récepteur a des oestrogènes, ce qui fait de lui un perturbateur endocrinien. Les objectifs
de cette thèse se traduisent à trois niveaux (fondamentaux et appliqués): 1) Évaluer le potentiel
du BRM immergé pour la dégradation du BPA, 2) Contribuer au développement de
connaissances utiles à la compréhension des mécanismes d'élimination du BPA dans le BRM,
3) Évaluer l'effet du BPA et de certains paramètres opératoires sur les performances globales
du BRM et sur l'activité de la biomasse épuratrice, 4) Quantifier l'évolution du colmatage
membranaire lors du traitement d'un effluent contaminé par le bisphénol A.
La première partie de l'étude a consisté à développer une biomasse épuratrice en utilisant un
effluent synthétique contenant du glucose comme substrat carboné (400 - 2 000 mg DCO.L-1)
Une fois la biomasse développée, l'effluent synthétique a été dopé par le BPA (jusqu'à 1 mg.L-1
de BPA) et la DCO totale à l'entrée du BRM a été maintenue à 1 000 mg.L-1. Les performances
d'abattement de la DCO sont restées relativement stables atteignant 99 % pour des charges
massiques et volumiques imposées comprises entre 0,3-1,0 kg DCO.kg-1 MVES.jr-1 et entre 0,6-
9,6 kg DCO.m-3.jr-1, respectivement. La diminution du temps de rétention hydraulique (TRH) de
5,5 h à 3h n'a induit aucun effet significatif sur les performances d'abattement de la DCO.
L'abattement de l'azote ammoniacal (N-NH4) est resté très élevé (≥ 99%), contrairement à celui
du phosphore (P-P04) (46-75%). Une élimination quasi-totale du BPA a été observée (taux
d'abattement moyen de 99%). Cependant, à partir de 21,6 g.m-3.jr-1 (soit 5 mg.L-1), des effets du
BPA sur l'activité de la biomasse épuratrice sont observés. Ces effets sont la diminution des
performances du BRM notamment en termes d'élimination de la DCO et la diminution de la
concentration de boue. Les mécanismes majeurs inhérents à l'élimination du BPA dans le BRM
ont été étudiés. Ces mécanismes sont l'adsorption et la biodégradation. Le processus
d'adsorption du BPA sur la biomasse atteint l'équilibre au bout de 2 h de temps de contact. La
capacité d'adsorption (qmax) du BPA sur la biomasse du BRM est significative et l'adsorption est
parfaitement décrite par les isothermes de Freundlich et de Langmuir (qmax = 0,833 mg.g-1).
L'étude de biodégradation du BPA effectuée sur des boues préalablement acclimatées, a
permis de déterminer les paramètres cinétiques de biodégradation du BPA. La cinétique de
biodégradation du BPA est décrite par le modèle cinétique d'ordre 1, avec une constante
cinétique k1 = 1,134 h-1. La constante cinétique de biodégradation du BPA diminue lorsque la
concentration initiale de BPA augmente. La variation de la concentration initiale de DCO (400-
2 000 mg DCO.L-1) n'a pas d'influence notable sur les paramètres cinétiques et le taux de
biodégradation du BPA. Une étude de l'évolution du colmatage membranaire lors du traitement
d'effluent contaminé par le BPA a été effectuée. La réversibilité du colmatage a été mise en
évidence. Dans les conditions de fonctionnement normal du BRM (TRH = 5,5h, débit de filtration
=18 mL.min-1, [MES] = 10-15 g/L), le passage du colmatage réversible au colmatage irréversible
est observé aux alentours des 84 heures de filtration. Le fractionnement du colmatage suivant
les trois échelles d'observation (macro-colmatage, micro-colmatage et na no-colmatage) a
permis de déterminer résistances de colmatage.

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

In recent years, increasing attention is accorded to the presence in the environment of emerging
pollutants such as endocrine disrupting compounds. These pollutants may have negative effects
on the environment even at low concentrations (ng.L-1-µg.L-1) Their presence and potential risks
to the environment has become an important concern. In this thesis, membrane bioreactor
(MBR) technology has been applied to evaluate its potential of treatment of wastewaters
containing bisphenol-A (BPA). BPA is a compound used in many industrial applications,
particularly in the production of polycarbonate plastics, Epoxy resins, in the PVC industry. BPA is
an alkylphenol capable to bind to estrogenic receptor-a, which makes it an endocrine disruptor
compound. BPA has been found in many wastewaters, wastewater treatment plant effluents,
surface waters and sediments. The objectives of this study are: 1) evaluate the potential of
submerged MBR for the degradation of BPA, 2) contribute to the development of knowledge on
the mechanisms of BPA removal in a MBR, 3) evaluate the effects of BPA and some operating
parameters on the overall performance of the MBR and on the activity of the biomass, 4)
quantify the evolution of membrane fouling during the treatment of effluent contaminated with
BPA.
The first part of the study was focused on the development of the biomass by using a synthetic
effluent containing glucose as carbon substrate (400 - 2000 mg DCO.L-1). Once biomass was
developed, BPA was added to the synthetic effluent (up to 1 mg.L-1 de BPA), while the total
COD concentration at the inlet of the MBR was maintained around 1 000 mg.L-1. The COD
removal remained relatively constant, reaching 99% for organic and volumetric loading rate
ranged between 0.3 - 1.0 kg DCO.kg MVES.d-1 and between 0.6-9.6 kg-DCO.m-3.d-1,
respectively. The effects of hydraulic retention time (HRT) on the overall performance of the
MBR unit were tested by gradually reducing HRT from 5.5 h to 3.0 h, when the concentrations of
COD and BPA in the effluent were kept constant, respectively. The reduction of HRT did not
influence the COD removal. The removal of ammonium nitrogen (NH4-N) remained very high (≥
99%), whereas phosphorus (P04-P) removal was ranged between 46 and 75%. A total removal
of BPA was observed in the MBR (average removal rate of 99%). However, from 21.6 g.m-3.d-1
(or 5 mg L-1), observable effects of BPA on the activity of the biomass are measured. These
effects are the decrease in the COD removal and the decrease in biomass concentration. Major
mechanisms of BPA removal were studied. Adsorption study on biomass (active and inactive)
allowed separating physical adsorption to bio-sorption. Adsorption equilibrium of BPA was
reached after 2 h of contact time. Adsorption capacity was significant and adsorption process
was well described by the Freundlich isotherm and Langmuir (qmax = 0.833 mg.g-1).
Biodegradation study was performed on acclimated sludge. Biodegradation kinetic and the
influence of some operational parameters were determined. The kinetic of biodegradation was
described by the first order kinetic model, with a constant rate k1 = 1.134 h-1. The biodegradation
constant rate decreased with the increase of initial concentration of BPA. When COD
concentration was ranged from 400 to 2000 mg DCO.L-1 (or from 0.04 to 0.20 9 VSS DCO.g-1),
the initial COD did not affect the biodegradation kinetic rate. A study occurred in subcritical
conditions of filtration allowed determining the reversibility of membrane fouling in the MBR. The
transition from reversible fouling to irreversible fouling of the membrane occurred around 84 h of
filtration. Fouling was studied using three scales of observation: the macro-fouling (accumulation
of TS on the membrane noted Rs), the micro-fouling (biofilm development on the membrane
noted RB) and nano-fouling (adsorption of molecules noted RA).


identifier: Rouissi, Tarek  (2012). Développement de formulations efficaces et économiques de Sinorhizobium meliloti cultivé dans les eaux usées de l'industrie d'amidon.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 278 p.

subject:
Sinorhizobium meliloti
Azospirillumb rasilens
eaux usées
industrie
amidon

abstract:
Ce travail a pour objectif de développer des formulations efficaces et à faible coût de
Sinorhizobium meliloti, cultivé dans les eaux usées d'industries d'extraction d'amidon. Il a pour
objectif également de créer de nouveaux volets de valorisation des rejets industriels à travers
l'élaboration des biofertilisants, et des bioproduits en toute généralité. La récolte des cellules par
centrifugation est la première étape qui se situe juste avant la formulation. En industrie, la
récupération maximale de cellules est indispensable pour parvenir à formuler des produits
concentrés en cellules. C'est ainsi que ce procédé de séparation (centrifugation) a fait l'objet de
l'étude en premier lieu dans cette thèse. L'optimisation des conditions de récolte par
centrifugation par la méthode de réponse de surface a montré que le maximum de récolte
(>99%) est atteint à 8000g, pendant 20 min, à pH 7 en utilisant le rotor à gadgets mobiles.
L'augmentation des volumes centrifugés 20 fois réduit le pourcentage de récupération des
cellules de 90% à 87% pour le rotor à angle fixe lorsque la centrifugation a été faite à 8000g
pendant 20 min.
Les formulations liquides de Sinorhizobium meliloti sont les plus adaptées pour les équipements
agricoles et les plus faciles à appliquer. En effet, il est presque toujours recommandé de mettre
les formulations en suspensions avant de les appliquer sur les grains de semence. Les faits
relatifs à cet objectif ont été abordés dans cette étude. Les additifs, tels que le saccharose, le
sorbitol, le polyvinylpyrrolidone (10000) (PVP), le polyéthylène glycol (8000) (PEG), les
alginates de sodium, et les mélanges de PVP avec: le saccharose, le sorbitol et les alginates, et
de PEG avec: le saccharose, le sorbitol et les alginates, ont été évalués pour leur capacité à
protéger le Sinorhizobium meliloti au cours de 13 semaines de stockage réfrigéré. Les résultats
montrent que toutes les formulations ont préservé la viabilité des cellules à des concentrations
supérieures à 10⁹CFU/ml. Le saccharose à 10% w/v était le meilleur additif avec une demi-vie
de 83 semaines. Le suivi de la viabilité des cellules (formulations fraiches (FLF) et formulations
conservées pendant 13 semaines (OLF) après application sur les semences de luzerne a
montré que les formulations FLF de PEG et de PEG-Sorb ont maintenu des concentrations
supérieures à 10³CFU/grain (normes canadiennes) pour 4 mois de conservation. Parmi les
formulations OLF, le PVP-sorb était le plus efficace, aboutissant ainsi au meilleur rendement en
matière sèche de la luzerne (146 mg). La microscopie électronique à balayage a montré que les
cellules de rhizobium sont réparties différemment à la surface des grains (comme agrégats ou
répartie uniformément) selon les additifs utilisés.
En plus de la viabilité des cellules, la stabilité physique des bioinoculants liquides (décantation,
floculation) est un critère à considérer au cours de l'évaluation de la qualité des produits. Une
nouvelle méthode de caractérisation de la suspendibilité a été développée dans cette thèse
comme alternative aux techniques de mesures classiques (basées sur la décantation). Les
modèles, basés sur la régression linéaire multiple (avec: le pH, le potentiel zêta, la taille des
particules et la concentration en sorbitol comme variables indépendantes) ont montré l'existence
de relations significatives entre ces variables (ρ <0,001, R² = 0,98). La régression sigmoïdale a
révélé une relation significative entre le potentiel zêta et la suspendibilité avec une probabilité
ρ = 0,007 et R²  = 0,86; et entre la viscosité et la suspendibilité (valeur ρ <0,0001 et
R² = 0,9823). Ainsi, ces corrélations établies permettent de proposer le potentiel zêta et la
viscosité comme paramètres pour décrire la stabilité physique des formulations liquides.
Les formulations en poudres de Sinorhizobium meliloti présentent plusieurs avantages que ce
soit au cours de la conservation, du transport ou de l'application. Dans ce travail, les
formulations en poudres mouillables ont été développées par atomisation. Le séchage par
atomisation a été optimisé en utilisant la méthodologie de réponse de surface. Les paramètres
étudiés sont: la température de séchage, la pression de pulvérisation, le débit d'air de séchage
et le débit d'alimentation. Le lactosérum à 10% w / v, le sorbitol à 1% w/v et le saccharose à
1 % w/v ont été ajoutés au bouillon fermenté concentré avant séchage. Les réponses
étudiées étaient la viabilité des cellules, l'humidité et la température à la sortie. Dans les
conditions optimales (température de séchage de 105°C, un débit d'air de séchage de
0.56m3/min, une pression d'atomisation de 0.07 MPa et un débit d'alimentation de 8 ml/min) qui
ont permis d'atteindre le maximum de désirabilité (0,81), la viabilité des cellules obtenue était de
6.8x10⁹CFU /g, l'humidité était de 11,4% et la température de sortie de 42°C. La viabilité des
cellules dans la poudre séchée a été maintenue supérieure à10⁹ UFC / g au cours de 4 mois de
conservation réfrigérée. Les formulations séchées ont donné un rendement en matière
sèche de la luzerne (144.6 mg) ainsi qu'un indice de nodulation (15) similaire au control (cellules
fraîches cultivées dans l'YMB (131 mg, 14) (p=0.23 pour le rendement en matière sèche;
ρ=0.18 pour l'indice nodulaire). Les micrographes ont montré que les cellules de
rhizobium étaient incorporées dans le mélange d'additifs (lactosérum-saccharose-sorbitol) qui
les enrobait comme une matrice protectrice.
Dans le but d'améliorer la qualité des formulations de Sinorhizobium meliloti, la
co-inoculation Azospirillum -Sinorhizobium a été étudiée dans ce travail. L'Azospirillum
brasiliense ATCC2971 0 a été produit dans les eaux usées d'amidon (SIW), des suppléments de
croissance à savoir le gluconate à 0.5%w/v, l'extrait de levure à 0.5% et le mélange (extrait de
levure 0.5%w/v + gluconate 0.5%w/v) ont été étudiés, la comparaison a été réalisée avec le
milieu Bashan et le SIW. Les résultats ont montré que l'ajout de l'extrait de levure ou
de gluconate améliore significativement le taux de croissance de 0.266h⁻¹ (pour SIW) à
respectivement 0.315h⁻¹ et 0.316h⁻¹. Ces taux étaient statistiquement comparables au milieu
Bashan (0.324h⁻¹). La méthodologie de réponse de surface a été appliquée afin d'optimiser la
quantité d'extrait de levure ajoutée et la température de croissance d'Azospirillum brasiliense
dans le milieu SIW. Le Modèle obtenu (R² = 0,92) a montré que la production maximale
de cellules était à 34 °C et avec 0.28% w/v d'extrait de levure. Un test de confirmation « check
point» a été effectué; Azospirillum brasiliense a été produit dans le fermenteur 7.5l. La
concentration atteinte était de ≈ 0.90x10⁹CFU/ml, valeur située dans l'intervalle de confiance de
la variable prédite. La comparaison entre les rendements en matière sèche des plantes de
luzerne co-inoculées avec; Azospirillum Brasiliense (10⁴,10⁵et 10⁶CFU/plante) et Sinorhizobium
meliloti (à 10⁵CFU/plante) a montré que la combinaison d'Azospirillum à 10⁵ ou 10⁶CFU Iplante
avec Sinorhizobium meliloti à 10⁵CFU/plante a permis d'atteindre le plus haut rendement en
matière sèche (augmentation respectives de 20 et 17%, ρ=0.037912) comparativement
aux plantes de luzerne inoculées avec Sinorhizobium meliJoti seul à 10⁵ CFU/plante.


identifier: Plourde, Michel  (2012). Valorisation par production de compost de bois usagé traité à l'arséniate de cuivre chromaté et décontaminé par lixiviation chimique.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 152 p.

subject:
compost
bois usagé
arséniate de cuivre chromaté
ACC
acide sulfurique
décontamination
lixiviation chimique
rinçage

abstract:
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ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
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La production croissante de déchets de bois traité à l'arséniate de cuivre chromaté (ACC)
nécessite le développement de nouvelles voies de disposition ou, mieux encore, de valorisation
de ces biomasses, pour éviter l'accumulation de tels matériaux dans les sites d'enfouissement
et d'incinération. En effet, une meilleure gestion de ce type de déchet limiterait la dispersion de
contaminants dans l'environnement. Or, le but de la présente recherche est d'étudier la
valorisation de déchets de bois traité à l'ACC ayant subi un procédé de décontamination pour
en extraire les polluants métalliques (As, Cr et Cu) et, ainsi, de proposer une façon de disposer
de ces déchets résiduels de manière responsable et écologiquement respectueuse.
le procédé de décontamination du bois consiste en une série d'étapes de lixiviation à l'acide
sulfurique, suivi de rinçages, afin de réduire significativement la teneur en métaux. Ce procédé
permet une extraction de 99% de l'arsenic (As) et du cuivre (Cu) et 91% du chrome (Cr)
contenus initialement dans le bois traité à l'ACC. Des teneurs moyennes de 39,8 mg As/kg,
397 mg Cr/kg et 40,4 mg Cu/kg ont été mesurées dans le bois traité remédié.
Des essais de compostage ont été effectués dans des composeurs de 1 m³ de capacité pendant
une période de 102 jours en utilisant ce bois traité remédié (sous forme de copeaux) comme
agent de foisonnement et matériau riche en carbone. Une fois mélangé avec les autres intrants
de compostage constitués notamment de déchets verts domestiques (déchets de table), les
teneurs initiales en métaux étaient de 39,6 mg As/kg, 555 mg Cr/kg et 128 mg Cu/kg. les
teneurs finales en métaux dans le compost final (fraction inférieure à 1 mm) à base de bois
remédié étaient de 37,6 mg As/kg, 270 mg Cr/kg et 280 mg Cu/kg. Ce compost respectait les
critères de qualité du CCME (2005) pour un compost de qualité B, soit < 75 mg As/kg,
< 1060 mg Cr/kg et < 757 mg Cu/kg). Des essais comparatifs ont également été réalisés en
utilisant du bois traité non-remédié et du bois non-traité comme intrants de compostage.
le traitement du lixiviat obtenu durant le compostage du bois remédié a aussi été étudié. Ce
lixiviat ne pouvait pas être rejeté directement dans les égouts puisqu'il excédait, avec une
concentration moyenne de 1100 mg O2/L, la norme de demande biochimique en oxygène
(DBO₅), qui est établie à 500 mg O2/L. Le lixiviat a été traité avec succès par un traitement
d'environ 4,5 h dans un réacteur biologique de type boues activées avec support à garnissage
plastique, suivi d'une étape de coagulation/floculation chimique et d'une étape de décantation.


identifier: Mueller, Kristin K.  (2012). Exploration des liens entre les propriétés optiques de la matière organique dissoute et la complexation des métaux traces dans les eaux douces naturelles.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 230 p.

subject:
eau douce
propriété optique
matière organique
métaux traces
MOD
lacs
spectroscopie
bassin versant
environnement
modèle WHAM-VI

abstract:
La matière organique dissoute (MOD) joue un rôle clé dans l'écotoxicologie des métaux puisqu'elle
complexe les ions métalliques libres, et diminue ce faisant la concentration de l'ion libre. Une telle
complexation atténue la biodisponibilité et la toxicité des métaux. Le modèle Windermere Humic
Aqueous Model (WHAM) est un modèle d'équilibre chimique qui incorpore la complexation des
métaux par la MOD. WHAM est partie intégrante du modèle du ligand biotique (BLM), lequel est
couramment utilisé pour prédire la biodisponibilité de métaux environnementalement importants,
tels que Cd, Cu, Ni et Zn, envers les organismes aquatiques dans les systèmes naturels. WHAM
prend en compte la quantité mesurée de MOD, mais l'utilisateur doit définir la « qualité» de la
MOD en imposant le pourcentage (%) de la MOD qui est réellement active dans la complexation des
métaux. Ici, nous proposons une approche plus rigoureuse, laquelle consiste à mesurer le % de
MOD active en utilisant des méthodes spectroscopiques bien établies. Nous avons mesuré les
concentrations de Cd²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺ et Zn²⁺ dans huit lacs et trouvé des accords raisonnables entre les
mesures et les prédictions faites par WHAM pour Cd²⁺ et Zn²⁺. Au contraire, des différences
significatives ont été observées pour Cu²⁺  et Ni²⁺. Pour les métaux Cd, Ni et Zn, le % de MOD actif
requis pour ajuster les prédictions du modèle aux mesures d'ion libre est bien expliqué par les
variations inter-lacs dans la qualité spectroscopique de la MOD. La proportion de MOD active dans
la complexation de Cd et Zn augmente avec l'augmentation de la fluorescence caractéristique de la
MOD de type allochtone; une tendance inverse a été observée pour Ni, suggérant que les sites de
complexation de Cd et Zn sur la MOD sont différents que pour Ni. L'utilisation de la qualité
spectroscopique de la MOD pour estimer le % de MOD actif vis-à-vis de la complexation des métaux
a amélioré les capacités de WHAM à prédire les concentrations de Cu²⁺ et particulièrement Ni²⁺
libres. Nous concluons que le raffinement du modèle WHAM pour qu'il incorpore les variations dans
la qualité de la MOD doit aller au-delà du simple ajustement du pourcentage de la MOD qui est actif,
par exemple en tenant compte de l'affinité des différents sites de complexation des métaux,
notamment Cu et Ni. Nous discutons ensuite comment les variations dans la qualité de la MOD,
telles que révélées par les différences observées dans les spectres de fluorescence, peuvent être
utilisées pour améliorer les prédictions du modèle WHAM vis-à-vis des concentrations des métaux
environnementalement importants dans les systèmes aquatiques naturels.

Abstract

 Dissolved organic matter (DOM) plays a key role in metal ecotoxicology by complexing free metal
ions, an action that decreases the free metal ion concentrations and thus attenuates metal
bioavailability and toxicity. The Windermere Humic Aqueous Model (WHAM) is a chemical
equilibrium model that incorporates DOM-metal complexation and is an integral part of the Biotic
Ligand Model, which is widely used to predict the bioavailability of environmentally significant
metals, such as Cd, Cu, Ni and Zn, to aquatic organisms in natural systems. WHAM incorporates the
measured quantity of DOM, but users must define the "qua lit y" of the DOM by choosing the % of
DOM that is actively involved in metal complexation. The ability to estimate this % active DOM
spectroscopically would be useful. We measured Cd²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺ and Zn²⁺ concentrations in eight
lakes and found reasonable agreement between measured and predicted concentrations of Cd²⁺ and
Zn²⁺, but there were marked differences between measured and WHAM-modeled concentrations of
Cu²⁺ and Ni²⁺. Relationships between the model-optimized % active DOM needed to fit modeled to
measured free metal concentrations and the lake-to-lake variation in the spectroscopic quality of
the DOM were apparent for Cd, Ni and Zn. The proportion of DOM involved in Cd and Zn
complexation was found to increase with an increase in the allochthonous DOM fluorescence
signature; the opposite trend was observed for Ni, suggesting that the DOM binding sites involved in
Cd and Zn binding differ from those involved in Ni complexation. Improved WHAM predictions of
Cu²⁺ and, especially, Ni²⁺ concentrations were achieved when the DOM spectroscopic qua lit y was
used to estimate the % of DOM active in metal complexation. We conclude that the refinement of
the WHAM model to incorporate variations in DOM quality must go beyond the simple adjustment
of the "percent active DOM" and possibly include changes to DOM metal binding affinities, notably
for Cu and Ni. We discuss the application of variations in DOM quality, as revealed by differences
observed in the fluorescence spectra, to refine metal speciation predictions obtained with WHAM
for environmentally significant trace metals in natural aquatic systems.


identifier: Pitre, Danaé  (2010). Prise en charge intra-cellulaire et extra-cellulaire de l'aluminium et des fluorures par les algues vertes dans des effluents d'alumineries simulés.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 106 p.

subject:
algue vertes
aluminium
fluorure
adsorption
accumulation
eaux de surface
potentiel hydrogène
Chlamydomonas reinhardtii
Pseudokirchneriella subcapitata
Chlorella vulgaris
Senedesmus obliquus
Rio Tinto

abstract:
Dans le cadre de ce projet, et en collaboration avec l'industriel Rio Tinto Alcan, nous
avons examiné l'accumulation et l'adsorption de l'aluminium et des fluorures par les
algues vertes dans des conditions similaires à celles que l'on retrouve dans les effluents
finaux d'alumineries. Nous avons tenu compte de la spéciation chimique de l'aluminium
dans le milieu puisque ce dernier peut former des complexes stables avec les fluorures,
lesquels peuvent possiblement jouer un rôle dans l'adsorption et l'accumulation de
l'aluminium.
Nous avons donc comparé le potentiel d'adsorption et d'accumulation de quatre
espèces d'algues vertes (c.-à-d. Chlamydomonas reinhardtii, Pseudokirchneriella
subcapitata, Chlorella vulgaris et Senedesmus obliquus). D'abord, l'algue était exposée
durant quatre jours à un milieu synthétique (pH 7,0) contenant de l'aluminium et des
fluorures. Durant cette période, l'aluminium dissous ainsi que la croissance cellulaire
étaient suivis périodiquement. À la fin de l'exposition, les solutions étaient filtrées afin
de récupérer la portion de métal dissous. Ensuite, un rinçage à l'EDTA permettait de
désorber l'aluminium lié à la surface des algues. Finalement, les filtres étaient digérés
afin de quantifier l'accumulation chez les algues.
Nos résultats montrent peu de différences entre les espèces dans leur capacité
d'enlèvement de l'aluminium. Néanmoins, P. subcapitata est l'espèce qui capte le plus
d'aluminium par adsorption (15 %) et accumulation (26 %), suivi de C. reinhardtii (7 % et
17 % respectivement), S. obliquus (13 % et 5 %) et enfin C. vulgaris (7 % et 2 %).
Toutefois, aucune de ces espèces n'a démontré une aptitude significative à accumuler
ou adsorber les fluorures.
Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'influence du pH sur l'accumulation et
l'adsorption de l'aluminium et des fluorures par P. subcapitata. Nous avons mesuré une
prise en charge totale de 50 % à pH 7,5, de 41 % à pH 7,0 et de 4 % à pH 5,5. La prise en
charge diminuait donc avec l'acidité du milieu. Cette observation s'expliquerait par une
plus grande compétition pour la prise en charge par les ions H+ à pH acide, et ce, malgré
l'augmentation de la concentration en ions libres (AI³⁺).
En dernier lieu, nous avons exploré la prise en charge de l'aluminium par des algues
mortes. Les algues séchées dans une étuve n'ont pas montré un potentiel
d'accumulation très prometteur avec seulement 11 % de prise en charge totale contre
41 % avec les algues vivantes.
Globalement, ce projet a permis de faire avancer les connaissances sur les interactions
métaux-algues tout en explorant le potentiel des algues à épurer les effluents finaux
d'alumineries.


identifier: Lachance-Cloutier, Simon  (2011). Séries de durées partielles: application en contexte non homogène et non stationnaire.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 130 p.

subject:
climat
MCCG3
station pluviométrique
précipitation
séries de durées partielles
SDP

abstract:
Les extrêmes de précipitations peuvent entraîner des dégâts importants lorsque les
infrastructures ne sont pas conçues en conséquence. L'analyse de ces extrêmes est cependant
difficile puisqu'ils sont associés à des événements rares et que les séries de précipitations
disponibles couvrent souvent de courtes périodes. De plus, dans un contexte de changements
climatiques, on anticipe une augmentation de l'amplitude et de la fréquence de ces extrêmes.
On doit alors obligatoirement considérer la non stationnarité des séries. Deux approches sont
généralement considérées pour l'analyse fréquentielle statistique des extrêmes de
précipitations : la méthode des séries de maxima annuels (SMA) et la méthode des séries de
durées partielles (SDP). La première approche consiste à construire les séries des maxima
annuels de précipitations pour une durée donnée. L'approche SDP se présente comme une
alternative à l'approche SMA et permet de considérer plusieurs évènements par année en
retenant tous ceux excédant un certain seuil. Comparativement à l'approche SMA, l'utilisation
de cette méthode permet d'accroître la taille des séries et de bénéficier ainsi de plus
d'informations.
Le présent mémoire vise à développer une méthodologie pour l'utilisation des SDP dans un
contexte non stationnaire. Les variabilités intra-annuelle et interannuelle des extrêmes sont
considérées. L'approche développée sera dans un premier temps appliquée à l'analyse des
extrêmes en climat futur tels que simulés par le Modèle canadien Couplé de Climat Global de
troisième génération (MCCG3) et, dans un deuxième temps, à l'analyse de données de stations
pluviométriques réparties au sud du Québec. Dans le cas des données du MCCG3, l'application
de la méthode conclut à une augmentation des extrêmes de précipitations en climat futur pour
l'ensemble du territoire. L'analyse des extrêmes saisonniers révèle que pour la saison estivale
(mois de juin, juillet et août), la valeur du total journalier de précipitation, dépassé en moyenne
une fois tous les 20 ans, diminuera en climat futur pour les régions situées au sud du 50e
parallèle. L'hiver (mois de décembre, janvier et février) est la saison pour laquelle
l'augmentation relative des extrêmes sera la plus importante.
Pour l'application aux données de séries observées, l'approche SDP a été régionalisée afin
d'améliorer l'inférence de certains paramètres. Plusieurs modèles ont été proposés, considérant
des valeurs locales ou régionales de chacun des paramètres de la distribution de Pareto
généralisée (GPD). Différentes covariables spatiales ont également été introduites dans ces
modèles afin de tenir compte d'une possible structure spatiale des paramètres. Les différents
modèles ont été classés en vertu du critère d'Akaike corrigé (AICc). Les résultats obtenus
montrent, à l'instar des résultats du MCCG3, la présence d'une variabilité intra-annuelle très
significative des paramètres. Les modèles comportant une variabilité intra-annuelle des valeurs
régionales des paramètres d'échelle et de forme représentent de loin les meilleurs candidats
selon le critère AICc. L'introduction de covariables spatiales dans le modèle révèle une structure
spatiale au niveau des paramètres et améliore encore davantage la qualité des ajustements.
Des trois covariables spatiales considérées, à savoir la latitude, la longitude et l'élévation, la
latitude est généralement celle qui améliore le plus l'inférence. Les cartes de cumuls de
précipitations pour le temps de retour 10 ans pour différentes durées montrent l'existence d'un
gradient nord-sud très évident avec des valeurs plus élevées au sud du territoire.