Étude numérique des phénomènes transitoires dans une turbine axiale de type hélice durant l’emballement

Ce mémoire présente l’étude numérique d’un emballement de turbine hydraulique axiale à échelle modèle. Cet état transitoire est simulé du point de meilleur rendement jusqu’à l’atteinte de 95% de la vitesse d’emballement. Pour ce faire, une méthodologie numérique est développée à l’aide du logiciel commercial ANSYS CFX en utilisant une approche "Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes" avec modèle de turbulence k-ε. Cette méthodologie numérique a été validée grâce à des mesures expérimentales de pression acquises en situation d’emballement sur les aubes d’une roue de turbine axiale étudiée au Laboratoire de Machines Hydrauliques de l’Université Laval. La validation des simulations numériques a été réalisée grâce à des comparaisons dans les domaines temporel et fréquentiel entre les pressions mesurées expérimentalement et calculées numériquement. Les analyses fréquentielles en transitoire ont été effectuées à l’aide de transformées en ondelettes afin de représenter l’évolution temporelle du spectre de fréquence. Des analyses qualitatives de phénomènes hydrauliques prenant place dans la turbine sont aussi présentées. Les analyses effectuées ont permis de confirmer le développement d’un tourbillon en précession par rapport à la roue dans l’aspirateur provocant les fluctuations de pression dominantes à des fréquences subsynchrones. La comparaison entre les données expérimentales et numériques a permis de valider une stratégie de simulation transitoire et d’en définir les limites en vue de prochaines simulations d’emballement. Des tests supplémentaires sont suggérés pour améliorer la précision ou le niveau de confiance de la méthode.

GPS inferred velocity and strain rate fields in eastern Canada

La vallée du fleuve Saint-Laurent, dans l’est du Canada, est l’une des régions sismiques les plus actives dans l’est de l’Amérique du Nord et est caractérisée par de nombreux tremblements de terre intraplaques. Après la rotation rigide de la plaque tectonique, l’ajustement isostatique glaciaire est de loin la plus grande source de signal géophysique dans l’est du Canada. Les déformations et les vitesses de déformation de la croûte terrestre de cette région ont été étudiées en utilisant plus de 14 ans d’observations (9 ans en moyenne) de 112 stations GPS fonctionnant en continu. Le champ de vitesse a été obtenu à partir de séries temporelles de coordonnées GPS quotidiennes nettoyées en appliquant un modèle combiné utilisant une pondération par moindres carrés. Les vitesses ont été estimées avec des modèles de bruit qui incluent les corrélations temporelles des séries temporelles des coordonnées tridimensionnelles. Le champ de vitesse horizontale montre la rotation antihoraire de la plaque nord-américaine avec une vitesse moyenne de 16,8±0,7 mm/an dans un modèle sans rotation nette (no-net-rotation) par rapport à l’ITRF2008. Le champ de vitesse verticale confirme un soulèvement dû à l’ajustement isostatique glaciaire partout dans l’est du Canada avec un taux maximal de 13,7±1,2 mm/an et un affaissement vers le sud, principalement au nord des États-Unis, avec un taux typique de −1 à −2 mm/an et un taux minimum de −2,7±1,4 mm/an. Le comportement du bruit des séries temporelles des coordonnées GPS tridimensionnelles a été analysé en utilisant une analyse spectrale et la méthode du maximum de vraisemblance pour tester cinq modèles de bruit: loi de puissance; bruit blanc; bruit blanc et bruit de scintillation; bruit blanc et marche aléatoire; bruit blanc, bruit de scintillation et marche aléatoire. Les résultats montrent que la combinaison bruit blanc et bruit de scintillation est le meilleur modèle pour décrire la partie stochastique des séries temporelles. Les amplitudes de tous les modèles de bruit sont plus faibles dans la direction nord et plus grandes dans la direction verticale. Les amplitudes du bruit blanc sont à peu près égales à travers la zone d’étude et sont donc surpassées, dans toutes les directions, par le bruit de scintillation et de marche aléatoire. Le modèle de bruit de scintillation augmente l’incertitude des vitesses estimées par un facteur de 5 à 38 par rapport au modèle de bruit blanc. Les vitesses estimées de tous les modèles de bruit sont statistiquement cohérentes. Les paramètres estimés du pôle eulérien de rotation pour cette région sont légèrement, mais significativement, différents de la rotation globale de la plaque nord-américaine. Cette différence reflète potentiellement les contraintes locales dans cette région sismique et les contraintes causées par la différence des vitesses intraplaques entre les deux rives du fleuve Saint-Laurent. La déformation de la croûte terrestre de la région a été étudiée en utilisant la méthode de collocation par moindres carrés. Les vitesses horizontales interpolées montrent un mouvement cohérent spatialement: soit un mouvement radial vers l’extérieur pour les centres de soulèvement maximal au nord et un mouvement radial vers l’intérieur pour les centres d’affaissement maximal au sud, avec une vitesse typique de 1 à 1,6±0,4 mm/an. Cependant, ce modèle devient plus complexe près des marges des anciennes zones glaciaires. Basées selon leurs directions, les vitesses horizontales intraplaques peuvent être divisées en trois zones distinctes. Cela confirme les conclusions d’autres chercheurs sur l’existence de trois dômes de glace dans la région d’étude avant le dernier maximum glaciaire. Une corrélation spatiale est observée entre les zones de vitesses horizontales intraplaques de magnitude plus élevée et les zones sismiques le long du fleuve Saint-Laurent. Les vitesses verticales ont ensuite été interpolées pour modéliser la déformation verticale. Le modèle montre un taux de soulèvement maximal de 15,6 mm/an au sud-est de la baie d’Hudson et un taux d’affaissement typique de 1 à 2 mm/an au sud, principalement dans le nord des États-Unis. Le long du fleuve Saint-Laurent, les mouvements horizontaux et verticaux sont cohérents spatialement. Il y a un déplacement vers le sud-est d’une magnitude d’environ 1,3 mm/an et un soulèvement moyen de 3,1 mm/an par rapport à la plaque l’Amérique du Nord. Le taux de déformation verticale est d’environ 2,4 fois plus grand que le taux de déformation horizontale intraplaque. Les résultats de l’analyse de déformation montrent l’état actuel de déformation dans l’est du Canada sous la forme d’une expansion dans la partie nord (la zone se soulève) et d’une compression dans la partie sud (la zone s’affaisse). Les taux de rotation sont en moyenne de 0,011°/Ma. Nous avons observé une compression NNO-SSE avec un taux de 3.6 à 8.1 nstrain/an dans la zone sismique du Bas-Saint-Laurent. Dans la zone sismique de Charlevoix, une expansion avec un taux de 3,0 à 7,1 nstrain/an est orientée ENE-OSO. Dans la zone sismique de l’Ouest du Québec, la déformation a un mécanisme de cisaillement avec un taux de compression de 1,0 à 5,1 nstrain/an et un taux d’expansion de 1.6 à 4.1 nstrain/an. Ces mesures sont conformes, au premier ordre, avec les modèles d’ajustement isostatique glaciaire et avec la contrainte de compression horizontale maximale du projet World Stress Map, obtenue à partir de la théorie des mécanismes focaux (focal mechanism method).

Spatio-temporal coverage optimization of sensor networks

Les réseaux de capteurs sont formés d’un ensemble de dispositifs capables de prendre individuellement des mesures d’un environnement particulier et d’échanger de l’information afin d’obtenir une représentation de haut niveau sur les activités en cours dans la zone d’intérêt. Une telle détection distribuée, avec de nombreux appareils situés à proximité des phénomènes d’intérêt, est pertinente dans des domaines tels que la surveillance, l’agriculture, l’observation environnementale, la surveillance industrielle, etc. Nous proposons dans cette thèse plusieurs approches pour effectuer l’optimisation des opérations spatio-temporelles de ces dispositifs, en déterminant où les placer dans l’environnement et comment les contrôler au fil du temps afin de détecter les cibles mobiles d’intérêt. La première nouveauté consiste en un modèle de détection réaliste représentant la couverture d’un réseau de capteurs dans son environnement. Nous proposons pour cela un modèle 3D probabiliste de la capacité de détection d’un capteur sur ses abords. Ce modèle inègre également de l’information sur l’environnement grâce à l’évaluation de la visibilité selon le champ de vision. À partir de ce modèle de détection, l’optimisation spatiale est effectuée par la recherche du meilleur emplacement et l’orientation de chaque capteur du réseau. Pour ce faire, nous proposons un nouvel algorithme basé sur la descente du gradient qui a été favorablement comparée avec d’autres méthodes génériques d’optimisation «boites noires» sous l’aspect de la couverture du terrain, tout en étant plus efficace en terme de calculs. Une fois que les capteurs placés dans l’environnement, l’optimisation temporelle consiste à bien couvrir un groupe de cibles mobiles dans l’environnement. D’abord, on effectue la prédiction de la position future des cibles mobiles détectées par les capteurs. La prédiction se fait soit à l’aide de l’historique des autres cibles qui ont traversé le même environnement (prédiction à long terme), ou seulement en utilisant les déplacements précédents de la même cible (prédiction à court terme). Nous proposons de nouveaux algorithmes dans chaque catégorie qui performent mieux ou produits des résultats comparables par rapport aux méthodes existantes. Une fois que les futurs emplacements de cibles sont prédits, les paramètres des capteurs sont optimisés afin que les cibles soient correctement couvertes pendant un certain temps, selon les prédictions. À cet effet, nous proposons une méthode heuristique pour faire un contrôle de capteurs, qui se base sur les prévisions probabilistes de trajectoire des cibles et également sur la couverture probabiliste des capteurs des cibles. Et pour terminer, les méthodes d’optimisation spatiales et temporelles proposées ont été intégrées et appliquées avec succès, ce qui démontre une approche complète et efficace pour l’optimisation spatio-temporelle des réseaux de capteurs.

Étude du partage attentionnel : Analogie entre la production temporelle avec interruption et la double tâche

L’estimation temporelle de l’ordre des secondes à quelques minutes requiert des ressources attentionnelles pour l’accumulation d’information temporelle pendant l’intervalle à estimer (Brown, 2006; Buhusi & Meck, 2009; Zakay & Block, 2004). Ceci est démontré dans le paradigme de double tâche, où l’exécution d’une tâche concurrente pendant l’estimation d’un intervalle mène à un effet d’interférence, soit une distorsion de la durée perçue se traduisant par des productions temporelles plus longues et plus variables que si l’estimation de l’intervalle était effectuée seule (voir Brown, 1997; 2010). Un effet d’interférence est également observé lorsqu’une interruption est attendue pendant l’intervalle à estimer, l’allongement étant proportionnel à la durée d’attente de l’interruption (Fortin & Massé, 2000). Cet effet a mené à l’hypothèse que la production avec interruption serait sous-tendue par un mécanisme de partage attentionnel similaire à la double tâche (Fortin, 2003). Afin d’étudier cette hypothèse, deux études empiriques ont été effectuées dans des contextes expérimentaux associés respectivement à une augmentation et à une diminution de l’effet d’interférence, soit le vieillissement (Chapitre II) et l’entraînement cognitif (Chapitre III). Dans le Chapitre II, la tâche de production avec interruption est étudiée chez des participants jeunes et âgés à l’aide de la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle (SPIRf). Les résultats montrent que l’attente de l’interruption est associée à des coûts comportementaux et fonctionnels similaires à la double tâche. Au niveau comportemental, un allongement des productions proportionnel à la durée d’attente de l’interruption est observé chez l’ensemble des participants, mais cet effet est plus prononcé chez les participants âgés que chez les jeunes. Ce résultat est compatible avec les observations réalisées dans le paradigme de double tâche (voir Verhaegen, 2011 pour une revue). Au niveau fonctionnel, la production avec et sans interruption est associée à l’activation du cortex préfrontal droit et des régions préfrontales dorsolatérales connues pour leur rôle au niveau de l’estimation temporelle explicite (production d’intervalle) et implicite (processus préparatoires). En outre, l’attente de l’interruption est associée à l’augmentation de l’activation corticale préfrontale dans les deux hémisphères chez l’ensemble des participants, incluant le cortex ventrolatéral préfrontal associé au contrôle attentionnel dans la double tâche. Finalement, les résultats montrent que les participants âgés se caractérisent par une activation corticale bilatérale lors de la production sans et avec interruption. Dans le cadre des théories du vieillissement cognitif (Park & Reuter-Lorenz, 2009), cela suggère que l’âge est associé à un recrutement inefficace des ressources attentionnelles pour la production d’intervalle, ceci nuisant au recrutement de ressources additionnelles pour faire face aux demandes liées à l’attente de l’interruption. Dans le Chapitre III, la tâche de production avec interruption est étudiée en comparant la performance de participants assignés à l’une ou l’autre de deux conditions d’exécution extensive (cinq sessions successives) de double tâche ou de production avec interruption. Des sessions pré et post-test sont aussi effectuées afin de tester le transfert entre les conditions. Les résultats montrent un effet d’interférence et de durée d’interférence tant en production avec double tâche qu’en production avec interruption. Ces effets sont toutefois plus prononcés lors de la production avec interruption et tendent à augmenter au fil des sessions, ce qui n’est pas observé en double tâche. Cela peut être expliqué par l’influence des processus préparatoires pendant la période pré-interruption et pendant l’interruption. Finalement, les résultats ne mettent pas en évidence d’effets de transfert substantiels entre les conditions puisque les effets de la pratique concernent principalement la préparation temporelle, un processus spécifique à la production avec interruption. Par la convergence que permet l’utilisation d’un même paradigme avec des méthodologies distinctes, ces travaux approfondissent la connaissance des mécanismes attentionnels associés à l’estimation temporelle et plus spécifiquement à la production avec interruption. Les résultats supportent l’hypothèse d’un partage attentionnel induit par l’attente de l’interruption. Les ressources seraient partagées entre les processus d’estimation temporelle explicite et implicite, une distinction importante récemment mise de l’avant dans la recherche sur l’estimation du temps (Coull, Davranche, Nazarian & Vidal, 2013). L’implication de processus dépendant des ressources attentionnelles communes pour le traitement de l’information temporelle peut rendre compte de l’effet d’interférence robuste et systématique observé dans la tâche de production avec interruption.

L'approche relationnelle de soins: analyse ergonomique du travail auprès de préposés aux bénéficiaires afin de comprendre les déterminants de sa mise en oeuvre

Ce mémoire de maîtrise présente les résultats de l’analyse ergonomique centrée sur l’activité de quatre préposées aux bénéficiaires (PAB) travaillant dans trois centres d’hébergement et de soins de longue durée (CHSLD) et ayant reçu la formation à l’approche relationnelle de soins (ARS). L’hypothèse spécifique de ce projet est que des facteurs de l’environnement de travail des PAB influencent la mise en œuvre des principes enseignés lors de la formation à l’ARS. Pour ce faire, une étude de cas en profondeur par observation in situ a été réalisée auprès de quatre PAB. 44 soins d’hygiène en ont été extraits, puis analysés à l’aide d’une grille d’objectivation de l’ARS. Des entretiens post-soin semi structurés ont été réalisés avec chaque PAB, afin de recueillir leur perception du soin réalisé. Des entretiens d’autoconfrontation ont complété l’étude. Les résultats montrent que les éléments de l’ARS les plus souvent mis en œuvre sont principalement reliés à la création de la bulle relationnelle et la communication alors que ceux qui sont les moins souvent mis en œuvre concernent le toucher et le maintien des capacités du résident. La connaissance préalable du résident ressort comme un facteur-clé facilitant la mise en œuvre de l’ARS. Les PAB se soucient toujours de l’environnement physique, mais elles le perçoivent comme un facteur nuisible à l’ARS, dont elles doivent se préoccuper continuellement. Les contraintes temporelles perçues constituent pour certaines une entrave à la mise en œuvre de l’ARS, alors que pour celles qui ont intégré l’ARS dans leur quotidien, elle leur permet de gagner du temps. Notre étude comporte toutefois certaines limites. Ainsi, certains éléments de la grille n’ont pu être évalués étant donné le non accès aux dossiers des résidents. La grille d’objectivation et le questionnaire post-soin se sont parfois avérés imprécis; les verbalisations des PAB ont alors permis d’éclaircir les résultats bruts. Les outils pourraient être plus sensibles à la mise en œuvre de l’ARS dans le travail réel.

Étude communicationnelle des pratiques culturelles au Québec: analyses des enquêtes ministérielles (1979-2009). Facteurs et prédicteurs, générations et cycles de vie, et découpages territoriaux

Cette thèse porte sur les pratiques culturelles des Québécois et des Québécoises et, plus spécifiquement dans un premier temps, sur les facteurs qui les influencent. Elle traite ensuite des comparaisons entre les individus selon les générations et les cycles de vie. Finalement, elle porte sur les découpages territoriaux régionaux sur le plan des pratiques culturelles et sur les questions liées au territoire. Tous les résultats sont tirés des enquêtes sur les pratiques culturelles au Québec menées à tous les cinq ans depuis 1979 par les ministères en charge de la culture. Les deux principaux référents théoriques sont la théorie de la légitimité de Bourdieu et la figure de l’omnivore de Peterson. Dans la première partie, cette thèse a cherché à savoir si les usages d’Internet sont associés à une ouverture culturelle ou à un confinement. Les résultats montrent que l’âge, la scolarité et les usages culturels que l’on fait d’Internet sont des prédicteurs importants des visites des lieux culturels et des sorties au spectacle. Les modèles qui incluent les usages d’Internet et des variables sociodémographiques sont plus performants que ceux ne considérant que ces dernières. Dans la deuxième partie, les quasi-cohortes à l’étude ont été comparées afin de voir si leurs comportements culturels diffèrent selon les cycles de vie et si leur parcours culturel a varié dans le temps. Finalement, la diversification des pratiques des quasi-cohortes a été étudiée afin d’estimer si elles deviennent plus omnivores avec le temps et d’une quasi-cohorte à l’autre. Le modèle explicatif créé affiche des différences dans le parcours culturel selon les cycles de vie, de même qu’au fil du temps. Il met également en lumière des différences d’une génération à l’autre, de même que des différences entre les générations lorsqu’elles traversent un même cycle de vie. À la différence de ceux de Peterson (2004), les résultats ne permettent pas de conclure que les quasi-cohortes plus âgées sont plus omnivores qu’avant ni que les jeunes sont plus omnivores que leurs aînés. La troisième partie de ce travail avait un objectif comparatif : il s’agissait de voir si les régions administratives du Québec, lorsqu’elles sont étudiées sous l’angle des pratiques culturelles, se regroupent conformément à la typologie des espaces culturels régionaux développée par Harvey et Fortin (1995) sur la base de l’offre culturelle. Les résultats montrent que les regroupements ne sont pas toujours conformes à la typologie et que les pratiques sont très hétérogènes, ce qui permet difficilement d’établir une constance dans les regroupements. Aussi semble-t-il indiqué de fonder la comparaison des territoires sur la prise en compte de l’objet (p. ex. offre ou pratique culturelle), de l’échelle territoriale (p. ex. bibliothèque municipale ou musée national) et de la nature du produit ou de la pratique (p. ex. mobile ou immobile). En conclusion, la pertinence d’élargir l’horizon des pratiques culturelles mesurées dans les enquêtes et d’y inclure des phénomènes transcendants, comme les valeurs, les contraintes et la motivation a été remise en question. À titre d’exemple, l’étude de la motivation pourrait permettre de préciser la figure de l’omnivore au Québec. Il est également apparu pertinent de poursuivre la réflexion en étudiant la manière dont les pratiques culturelles sont consommées afin de voir si, et comment, le cas échéant, s’opère la distinction.

Dynamique des ambiances lumineuses - approche basée sur la photométrie vidéo d’espaces de transition

Les variations de la lumière naturelle lors du passage d’un espace à un autre caractérisent de manière complexe, mais importante le design d’un bâtiment. Cette adaptation visuelle s’inscrit dans un processus spatiotemporel et influe sur le confort et le bien-être de ses occupants. La littérature fait état du peu de connaissances de la relation lumière espace-temps. Cette recherche propose donc d’étudier cette relation spatio-temporelle existant entre la lumière et l’espace, afin de qualifier un parcours architectural au moyen d’une expérimentation in situ et de segments filmiques. La recherche combine l’utilisation d’un luminance-mètre, d’une caméra vidéo et d’une méthode d’analyse d’images numériques afin de permettre l’évaluation des qualités spatio-temporelles de la lumière. Le parcours architectural est analysé selon la diversité et l’intensité des ambiances lumineuses en fonction du temps permettant de décrire les perceptions visuelles d’espaces transitions. Cette méthode dynamique offre un potentiel d’analyse et de création aux concepteurs désireux d’enrichir le design de séquences spatiales en favorisant la diversité lumineuse dans l’expérience architecturale. Mots clefs: adaptation visuelle, analyse d’images, ambiance lumineuse, contraste, éclairage naturel, espaces transitions, lumière perception visuelle, vidéo, spatio-temporel.

Patrons spatiaux d'une épidémie de la tordeuse des bourgeons de l'épinette sur la Côte-Nord : une approche de télédétection

La tordeuse des bourgeons de l’épinette (Choristoneura fumiferana, TBE) est l’insecte ravageur le plus important de la forêt boréale de l’est de l’Amérique du Nord. Depuis 2006, la région de la Côte-Nord est affectée par une épidémie de TBE et les superficies forestières infestées doublent annuellement. Des images satellitaires Landsat ont été utilisées pour cartographier la sévérité de l’épidémie avec une approche de détection de changements, en utilisant une image pré-épidémie (2004) et une image prise pendant l’épidémie (2013). Des relevés terrains de la défoliation par la TBE ont été utilisés pour développer (R2 = 0,50) une cartographie fiable (R2 de validation = 0,64) et non biaisée de la sévérité des infestations de la TBE sur une échelle continue de sévérité (0-100%) pour la région d’étude. Une analyse des facteurs environnementaux affectant la sévérité des infestations (extraite de la carte de défoliation) a démontré l’importance de la composition forestière en sapin baumier tant à l’échelle locale qu’à l’échelle du paysage. De plus, une analyse de contexte spatial montre que dans les sites peu défoliés (défoliation cumulée < 50%), le meilleur prédicteur est plutôt son abondance à l’échelle du paysage (distance > 500 m). Ces résultats suggèrent une interaction entre les échelles spatiales et temporelles lors des épidémies de TBE.

Séquestration géologique du CO2 par carbonatation minérale dans les résidus miniers

La carbonatation minérale dans les résidus miniers est un moyen sûr et permanent de séquestrer le CO2 atmosphérique. C’est un processus naturel et passif qui ne nécessite aucun traitement particulier et donc avantageux d’un point de vue économique. Bien que la quantité de CO2 qu’il soit possible de séquestrer selon ce processus est faible à l’échelle globale, dans le cadre d’un marché du carbone, les entreprises minières pourraient obtenir des crédits et ainsi revaloriser leurs résidus. À l’heure actuelle, il y a peu d’informations pour quantifier le potentiel de séquestration du CO2 de façon naturelle et passive dans les piles de résidus miniers. Il est donc nécessaire d’étudier le phénomène pour comprendre comment évolue la réaction à travers le temps et estimer la quantité de CO2 qui peut être séquestrée naturellement dans les piles de résidus. Plusieurs travaux de recherche se sont intéressés aux résidus miniers de Thetford Mines (Québec, Canada), avec une approche principalement expérimentale en laboratoire. Ces travaux ont permis d’améliorer la compréhension du processus de carbonatation, mais ils nécessitent une validation à plus grande échelle sous des conditions atmosphériques réelles. L’objectif général de cette étude est de quantifier le processus de carbonatation minérale des résidus miniers sous des conditions naturelles, afin d’estimer la quantité de CO2 pouvant être piégée par ce processus. La méthodologie utilisée repose sur la construction de deux parcelles expérimentales de résidus miniers situées dans l’enceinte de la mine Black Lake (Thetford Mines). Les résidus miniers sont principalement constitués de grains et de fibres de chrysotile et lizardite mal triés, avec de petites quantités d’antigorite, de brucite et de magnétite. Des observations spatiales et temporelles ont été effectuées dans les parcelles concernant la composition et la pression des gaz, la température des résidus, la teneur en eau volumique, la composition minérale des résidus ainsi que la chimie de l’eau des précipitations et des lixiviats provenant des parcelles. Ces travaux ont permis d’observer un appauvrissement notable du CO2 dans les gaz des parcelles (< 50 ppm) ainsi que la précipitation d’hydromagnésite dans les résidus, ce qui suggère que la carbonatation minérale naturelle et passive est un processus potentiellement important dans les résidus miniers. Après 4 ans d’observations, le taux de séquestration du CO2 dans les parcelles expérimentales a été estimé entre 3,5 et 4 kg/m3/an. Ces observations ont permis de développer un modèle conceptuel de la carbonatation minérale naturelle et passive dans les parcelles expérimentales. Dans ce modèle conceptuel, le CO2 atmosphérique (~ 400 ppm) se dissout dans l’eau hygroscopique contenue dans les parcelles, où l’altération des silicates de magnésium forme des carbonates de magnésium. La saturation en eau dans les cellules est relativement stable dans le temps et varie entre 0,4 et 0,65, ce qui est plus élevé que les valeurs de saturation optimales proposées dans la littérature, réduisant ainsi le transport de CO2 dans la zone non saturée. Les concentrations de CO2 en phase gazeuse, ainsi que des mesures de la vitesse d’écoulement du gaz dans les cellules suggèrent que la réaction est plus active près de la surface et que la diffusion du CO2 est le mécanisme de transport dominant dans les résidus. Un modèle numérique a été utilisé pour simuler ces processus couplés et valider le modèle conceptuel avec les observations de terrain. Le modèle de transport réactif multiphase et multicomposant MIN3P a été utilisé pour réaliser des simulations en 1D qui comprennent l’infiltration d’eau à travers le milieu partiellement saturé, la diffusion du gaz, et le transport de masse réactif par advection et dispersion. Même si les écoulements et le contenu du lixivat simulés sont assez proches des observations de terrain, le taux de séquestration simulé est 22 fois plus faible que celui mesuré. Dans les simulations, les carbonates précipitent principalement dans la partie supérieure de la parcelle, près de la surface, alors qu’ils ont été observés dans toute la parcelle. Cette différence importante pourrait être expliquée par un apport insuffisant de CO2 dans la parcelle, qui serait le facteur limitant la carbonatation. En effet, l’advection des gaz n’a pas été considérée dans les simulations et seule la diffusion moléculaire a été simulée. En effet, la mobilité des gaz engendrée par les fluctuations de pression barométrique et l’infiltration de l’eau, ainsi que l’effet du vent doivent jouer un rôle conséquent pour alimenter les parcelles en CO2.

Effets directs et indirects de la prédation sur les lemmings dans l’Arctique canadien.

Les populations caractérisées par des fluctuations cycliques ont fasciné et continuent de générer un grand intérêt chez la communauté scientifique en raison de la complexité des facteurs de régulation qui en sont responsables. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer ces fluctuations cycliques mais aucun consensus n’a encore été atteint malgré près de 100 ans de recherche. La disponibilité de la nourriture et les effets sociaux (e.g. interactions compétitives) ont été proposés comme facteurs responsables de cycles de certaines espèces. Toutefois, la prédation est probablement le facteur le plus susceptible de causer des fluctuations cycliques chez les populations fauniques en raison de son effet dépendant de la densité avec délai. Un tandem circulaire de raréfaction et densification des prédateurs et des proies par des effets directs (i.e. mortalités) seraient à l’origine des cycles d’abondance. De plus, de récentes études montrent que les effets indirects (comme le stress) de la prédation pourraient être aussi importants que les effets directs pour générer les fluctuations cycliques. Cette thèse vise à identifier les effets directs et indirects de la prédation qui affectent la population de lemmings bruns de l’Île Bylot, Nunavut, caractérisée par des cycles d’abondance de 3-4 ans. Pour ce faire, nous avons d’abord comparé la plausibilité de l’hypothèse de la limitation par nourriture vis-à-vis l’hypothèse de la prédation en déterminant la chronologie saisonnière des cycles des lemmings. Ensuite, nous avons construit en 2012-2013 une clôture de 9 ha coiffée d’un filet anti-prédateur aviaire dans lequel nous avons piégé les lemmings de 2013 à 2015. Une deuxième grille de trappage sans clôture a été utilisée à des fins de comparaisons. Ces deux grilles étaient actives dès 2008, ce qui nous a permis d’avoir un contrôle pré-expérimental pour les données démographiques (effets directs). En 2014 et 2015, nous avons récolté les fèces des lemmings dans les deux grilles de trappage afin de quantifier les métabolites d’hormones de stress. Une validation de la mesure des métabolites fécales des glucocorticoïdes (i.e. hormones de stress) a été menée afin de mesurer le stress des lemmings de façon non-invasive. Les résultats sont clairs : (1) le déclin des lemmings se produit à la fin de l’été alors que les prédateurs sont au plus fort de leur abondance et pas à la fin de l’hiver, supportant ainsi l’hypothèse de la limitation par la prédation. Nos résultats suggèrent aussi (2) que les lemmings à l’intérieur de la clôture avaient une survie plus élevée qu’à l’extérieur, favorisant ainsi une croissance plus forte de la population. Ensuite, (3) les lemmings ont montré des niveaux de stress plus faibles sans prédation sans toutefois que cela ait un impact sur leur reproduction. À la lumière des résultats de cette thèse et en les comparant avec deux autres études ayant aussi réduit expérimentalement l’abondance des prédateurs dans la toundra arctique, nous pouvons conclure que la prédation est la force trophique dominante de régulation de l’abondance des lemmings. Cette étude montre également que le stress induit par la prédation est insuffisant pour avoir un impact sur la dynamique des lemmings en été, soit pendant la saison où la prédation est maximale. Il est possible que cette absence d’effet soit une réponse adaptative des lemmings pour maintenir une reproduction élevée face à une prédation élevée, et ainsi maximiser leur aptitude phénotypique.

Multiphase modeling of melting / solidification with high density variations using XFEM

La modélisation de la cryolite, utilisée dans la fabrication de l’aluminium, implique plusieurs défis, notament la présence de discontinuités dans la solution et l’inclusion de la difference de densité entre les phases solide et liquide. Pour surmonter ces défis, plusieurs éléments novateurs ont été développés dans cette thèse. En premier lieu, le problème du changement de phase, communément appelé problème de Stefan, a été résolu en deux dimensions en utilisant la méthode des éléments finis étendue. Une formulation utilisant un multiplicateur de Lagrange stable spécialement développée et une interpolation enrichie a été utilisée pour imposer la température de fusion à l’interface. La vitesse de l’interface est déterminée par le saut dans le flux de chaleur à travers l’interface et a été calculée en utilisant la solution du multiplicateur de Lagrange. En second lieu, les effets convectifs ont été inclus par la résolution des équations de Stokes dans la phase liquide en utilisant la méthode des éléments finis étendue aussi. Troisièmement, le changement de densité entre les phases solide et liquide, généralement négligé dans la littérature, a été pris en compte par l’ajout d’une condition aux limites de vitesse non nulle à l’interface solide-liquide pour respecter la conservation de la masse dans le système. Des problèmes analytiques et numériques ont été résolus pour valider les divers composants du modèle et le système d’équations couplés. Les solutions aux problèmes numériques ont été comparées aux solutions obtenues avec l’algorithme de déplacement de maillage de Comsol. Ces comparaisons démontrent que le modèle par éléments finis étendue reproduit correctement le problème de changement phase avec densités variables.

Detached eddy simulation of unsteady turbulent flows in the draft tube of a bulb turbine

Les aspirateurs de turbines hydrauliques jouent un rôle crucial dans l’extraction de l’énergie disponible. Dans ce projet, les écoulements dans l’aspirateur d’une turbine de basse chute ont été simulés à l’aide de différents modèles de turbulence dont le modèle DDES, un hybride LES/RANS, qui permet de résoudre une partie du spectre turbulent. Déterminer des conditions aux limites pour ce modèle à l’entrée de l’aspirateur est un défi. Des profils d’entrée 1D axisymétriques et 2D instationnaires tenant compte des sillages et vortex induits par les aubes de la roue ont notamment été testés. Une fluctuation artificielle a également été imposée, afin d’imiter la turbulence qui existe juste après la roue. Les simulations ont été effectuées pour deux configurations d’aspirateur du projet BulbT. Pour la deuxième, plusieurs comparaisons avec des données expérimentales ont été faites pour deux conditions d’opération, à charge partielle et dans la zone de baisse rapide du rendement après le point de meilleur rendement. Cela a permis d’évaluer l’efficacité et les lacunes de la modélisation turbulente et des conditions limites à travers leurs effets sur les quantités globales et locales. Les résultats ont montrés que les structures tourbillonnaires et sillages sortant de la roue sont adéquatement résolus par les simulations DDES de l’aspirateur, en appliquant les profils instationnaires bidimensionnels et un schéma de faible dissipation pour le terme convectif. En outre, les effets de la turbulence artificielle à l’entrée de l’aspirateur ont été explorés à l’aide de l’estimation de l’intermittence du décollement, de corrélations en deux points, du spectre d’énergie et du concept de structures cohérentes lagrangiennes. Ces analyses ont montré que les détails de la dynamique de l’écoulement et de la séparation sont modifiés, ainsi que les patrons des lignes de transport à divers endroits de l’aspirateur. Cependant, les quantités globales comme le coefficient de récupération de l’aspirateur ne sont pas influencées par ces spécificités locales.

Novel pharmacogenomic markers of irinotecan-induced severe toxicity in metastatic colorectal cancer patients

L’irinotécan est un agent de chimiothérapie largement utilisé pour le traitement de tumeurs solides, particulièrement pour le cancer colorectal métastatique (mCRC). Fréquemment, le traitement par l’irinotécan conduit à la neutropénie et la diarrhée, des effets secondaires sévères qui peuvent limiter la poursuite du traitement et la qualité de vie des patients. Plusieurs études pharmacogénomiques ont évalué les risques associés à la chimiothérapie à base d’irinotécan, en particulier en lien avec le gène UGT1A, alors que peu d’études ont examiné l’impact des gènes codant pour des transporteurs. Par exemple, le marqueur UGT1A1*28 a été associé à une augmentation de 2 fois du risque de neutropénie, mais ce marqueur ne permet pas de prédire la toxicité gastrointestinale ou l’issue clinique. L’objectif de cette étude était de découvrir de nouveaux marqueurs génétiques associés au risque de toxicité induite par l’irinotécan, en utilisant une stratégie d’haplotype/SNP-étiquette permettant de maximiser la couverture des loci génétiques ciblés. Nous avons analysé les associations génétiques des loci UGT1 et sept gènes codants pour des transporteurs ABC impliqués dans la pharmacocinétique de l’irinotécan, soient ABCB1, ABCC1, ABCC2, ABCC5, ABCG1, ABCG2 ainsi que SLCO1B1. Les profils de 167 patients canadiens atteints de mCRC sous traitement FOLFIRI (à base d’irinotécan) ont été examinés et les marqueurs significatifs ont par la suite été validés dans une cohorte indépendante de 250 patients italiens. Nous avons découvert dans la région intergénique en aval du gène UGT1, un nouveau marqueur (rs11563250G) associé à un moindre risque de neutropénie sévère (rapport des cotes (RC)=0.21; p=0.043 chez les canadiens, RC=0.27; p=0.036 chez les italiens, et RC=0.31 p=0.001 pour les deux cohortes combinées). De plus, le RC est demeuré significatif après correction pour multiples comparaisons (p=0.041). Par ailleurs, pour l’haplotype défini par les marqueurs rs11563250G et UGT1A1*1 (rs8175347 TA6), le RC était de 0.17 (p=0.0004). Un test génétique évaluant ces marqueurs permettrait d’identifier les patients susceptibles de bénéficier d’une augmentation de dose d’irinotécan. En revanche, une autre combinaison de marqueurs, ABCC5 rs3749438 et rs10937158 (T–C), a prédit un risque plus faible de diarrhée sévère dans les deux cohortes (RC = 0.43; p=0.001). La coexistence des marqueurs ABCG1 rs225440T et ABCC5 rs2292997A a prédit un risque accru de neutropénie (RC=5.93; p=0.0002), alors qu’une prédiction encore plus significative a été obtenue lorsque ces marqueurs sont combinés au marqueur de risque bien établi UGT1A1*28 rs8175347 (RC=7.68; p<0.0001). Enfin, les porteurs de l’allèle de protection UGT1 rs11563250G en absence d’allèles de risque, ont montré une incidence réduite de neutropénie sévère (8.2% vs. 34.0%; p<0.0001). Nous concluons que ces nouveaux marqueurs génétiques prédictifs pourraient permettre d’améliorer l’évaluation du risque de toxicité et personnaliser le traitement à base d’irinotécan pour les patients atteints du cancer colorectal métastatique.