Le cycle de l'azote de marais filtrants artificiels : potentiel d'émission de gaz à effet de serre (GES) et exportation de formes azotées

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Effet de l’espèce de plante en marais filtrants artificiels selon la saison, le type de marais filtrant et la nature des polluants

Cette thèse a été codirigée par le Dr. Florent Chazarenc

Saturated flow boiling heat transfer and critical heat flux in small horizontal flattened tubes

This paper presents experimental results for flow boiling heat transfer coefficient and critical heat flux (CHF) in small flattened tubes. The tested flattened tubes have the same equivalent internal diameter of 2.2 mm, but different aspect height/width ratios (H/W) of 1/4, 1/2, 2 and 4. The experimental data were compared against results for circular tubes using R134a and R245fa as working fluids at a nominal saturation temperature of 31 degrees C. For mass velocities higher than 200 kg/m(2)s, the flattened and circular tubes presented similar heat transfer coefficients. Such a behavior is related to the fact that stratification effects are negligible under conditions of higher mass velocities. Heat transfer correlations from the literature, usually developed using only circular-channel experimental data, predicted the flattened tube results for mass velocities higher than 200 kg/m(2)s with mean absolute error lower than 20% using the equivalent diameter to account for the geometry effect. Similarly, the critical heat flux results were found to be independent of the tube aspect ratio when the same equivalent length was kept. Equivalent length is a new parameter which takes into account the channel heat transfer area. The CHF correlations for round tubes predicted the flattened tube data relatively well when using the equivalent diameter and length. Furthermore, a new proposed CHF correlation predicted the present flattened tube data with a mean absolute error of 5%. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effet des macrophytes aquatiques sur le traitement d’eau contaminée à l’ACC et au PCP

L’objectif principal de ce projet est d’évaluer le potentiel d’un système de marais filtrants combinés pour le traitement d’un lixiviat contaminé aux agents de préservations du bois - l’arséniate de cuivre chromaté (ACC) et le pentachlorophénol (PCP) - en portant une attention particulière au rôle des plantes. Pour ce faire, une expérience en pot faisant varier la concentration d’exposition de quatre espèces de macrophyte (Typha angustifolia, Phalaris arundinacea, Phragmites australis americanus et Phragmites australis australis) a été effectuée. Le suivi de quatre marais filtrants à écoulement horizontal sous-surfacique, plantés d’une des quatre espèces de macrophyte et d’un bassin planté de saules (Salix Miyabeana SX67) a également été réalisé. La résistance des plantes au milieu contaminé, la capacité de bioaccumulation des macrophytes et les efficacités de traitement des différents systèmes ont été analysés. Nos résultats montrent que la concentration d’exposition n’influence pas la capacité des plantes à croître en milieu contaminé. Par contre, il existe une relation dose-réponse entre la concentration d’exposition et la capacité de bioaccumulation des macrophytes. Les quatre marais pilotes ont tous des efficacités de traitements supérieures à 55% en 2013 et 82% en 2014 pour les contaminants à l’étude. Le bassin de saule a la capacité théorique d’évapotranspirer jusqu’à 1200 L par jour. De plus, ses efficacités de traitements sont supérieures à 59% pour tous les composés à l’étude. L’utilisation de marais filtrants pour le traitement d’un lixiviat contaminé aux agents de préservations du bois est donc une alternative intéressante aux méthodes de traitement conventionnel.

Influence of plant species and richness on pollutant removal in treatment wetlands

Les marais filtrants artificiels sont des écosystèmes recréés par l’homme dans le but d’optimiser l’épuration des eaux usées. Lors de la sélection d’espèces végétales pour la mise en place de ces marais filtrants, l’utilisation d’une polyculture ainsi que d’espèces indigènes non invasives est de plus en plus recommandée. Néanmoins, la plupart des marais filtrants existants sont des monocultures utilisant des plantes envahissantes, probablement à cause du manque d’évidences scientifiques sur les avantages de la diversité végétale et de la performance des espèces locales. Ainsi, les questions de recherche autour desquelles s’oriente ma thèse sont: Les polycultures présentent-elles un potentiel épuratoire aussi ou plus grand que les monocultures, et une espèce indigène est-elle aussi efficace et performante qu’une espèce exotique envahissante dans des marais filtrants ? Trois expériences ont été conduites afin de répondre à ces questions. J’ai d’abord testé l’influence de la richesse végétale sur l’élimination des polluants en deux dispositifs expérimentaux: 1) comparant deux espèces de plantes émergentes en monoculture ou combinées séquentiellement, et 2) évaluant la performance de quatre espèces flottantes plantées en monoculture par rapport à des associations de deux (avec toutes les combinaisons possibles) et de quatre espèces. Une troisième expérience a été réalisée afin de comparer l’efficacité épuratoire de l’haplotype européen envahissant du roseau commun (Phragmites australis) et de la sous-espèce locale non-invasive (P. australis subsp. americanus). La composition en espèces végétales a produit un effet notable sur la performance des marais filtrants. La comparaison des performances en mono- et en polyculture n’a pas permis de démontrer clairement les avantages de la diversité végétale pour l’élimination des polluants dans les marais filtrants. Toutefois, les marais filtrants plantés avec une combinaison d’espèces étaient aussi efficaces que les monocultures des espèces les plus performantes. La comparaison entre les deux sous-espèces de P. australis indiquent que la sous-espèce indigène pourrait remplacer le roseau exotique envahissant, évitant ainsi les potentiels risques environnementaux sans toutefois compromettre l’efficacité du traitement. Les résultats prometteurs de la sous-espèce indigène de P. australis doivent encore être testés dans des expériences à grande échelle avant d’utiliser largement cette espèce dans les marais filtrants. Nos résultats suggèrent que, dans des conditions où la performance des macrophytes disponibles est inconnue ou ne peut être déterminée, l’utilisation d’une combinaison d’espèces présente les meilleures chances d’accomplir le plus haut niveau possible d’élimination de polluants. De plus, même si la diversité végétale ne présente pas un avantage mesurable en termes d’efficacité épuratoire, celle-ci améliore la résilience des marais filtrants et leur résistance aux stress et aux maladies.

Analyse de nouvelles opportunités permettant d'améliorer la santé des cours d'eau du Québec méridional

L’objectif de cet essai est d’analyser de nouvelles opportunités permettant d’améliorer la santé des cours d’eau du Québec méridional. Cette analyse multicritères est effectuée selon les dimensions du développement durable. Un des enjeux que les acteurs en gestion de l’eau doivent prendre en compte est l’effet des changements climatiques, la première partie décrit les problématiques à prévoir sur les cours d’eau. En 2008, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat publiait un rapport sur les effets des changements climatiques et l’eau. Deux principaux effets des changements climatiques étaient observés en Amérique du Nord : une hausse des précipitations moyennes annuelles et une baisse de ces précipitations sous forme de neige. Différents acteurs interviennent en gestion de l’eau; le rôle de chacun est abordé dans la seconde partie cet essai. Le ministère des Transports du Canada, le ministère des Pêches et Océans ainsi qu’Environnement et Changement climatique Canada se partagent des responsabilités en matière de compétence fédérale. À l’échelle provinciale, cinq ministères ont des responsabilités en lien avec les cours d’eau. À l'échelle locale, les municipalités régionales de comté et les municipalités ont également des responsabilités en matière de cours d’eau. Les organismes de bassins versants et les tables de concertation régionale assurent, quant à eux, une gestion intégrée par bassin versant et la concertation des intervenants locaux. Par la suite, deux opportunités en amont des cours d’eau sont décrites dans cet essai : il s’agit des noues de biorétention et des marais filtrants. Pour ce qui est des opportunités d’aménagement durables des cours d’eau, les deux opportunités présentées sont le concept de liberté de cours d’eau et du chenal à deux niveaux. L’analyse multicritères de développement durable a été réalisée sur les dimensions environnementale, sociale, économique et de la gouvernance. L’analyse a permis de constater que certains projets s’illustrent davantage sur le plan du développement durable, plus précisément les noues de biorétention, les marais filtrants et la liberté de cours d’eau. Pour finir, dans le but de favoriser la mise en place des projets étudiés dans cet essai, six recommandations ont été formulées à l’intention des acteurs de l’eau.

Theory and numerical integration of subsurface light transport

En synthèse d’images, reproduire les effets complexes de la lumière sur des matériaux transluminescents, tels que la cire, le marbre ou la peau, contribue grandement au réalisme d’une image. Malheureusement, ce réalisme supplémentaire est couteux en temps de calcul. Les modèles basés sur la théorie de la diffusion visent à réduire ce coût en simulant le comportement physique du transport de la lumière sous surfacique tout en imposant des contraintes de variation sur la lumière incidente et sortante. Une composante importante de ces modèles est leur application à évaluer hiérarchiquement l’intégrale numérique de l’illumination sur la surface d’un objet. Cette thèse révise en premier lieu la littérature actuelle sur la simulation réaliste de la transluminescence, avant d’investiguer plus en profondeur leur application et les extensions des modèles de diffusion en synthèse d’images. Ainsi, nous proposons et évaluons une nouvelle technique d’intégration numérique hiérarchique utilisant une nouvelle analyse fréquentielle de la lumière sortante et incidente pour adapter efficacement le taux d’échantillonnage pendant l’intégration. Nous appliquons cette théorie à plusieurs modèles qui correspondent à l’état de l’art en diffusion, octroyant une amélioration possible à leur efficacité et précision.

Non-Newtonian mixed convection flow from a horizontal circular cylinder with uniform surface heat flux

Mixed convection laminar two-dimensional boundary-layer flow of non-Newtonian pseudo-plastic fluids is investigated from a horizontal circular cylinder with uniform surface heat flux using a modified power-law viscosity model, that contains no unrealistic limits of zero or infinite viscosity; consequently, no irremovable singularities are introduced into boundary-layer formulations for such fluids. The governing boundary layer equations are transformed into a non-dimensional form and the resulting nonlinear systems of partial differential equations are solved numerically applying marching order implicit finite difference method with double sweep technique. Numerical results are presented for the case of shear-thinning fluids in terms of the fluid temperature distributions, rate of heat transfer in terms of the local Nusselt number.

Natural Convection on a Horizontal Cone in a Porous Medium with Non-Uniform Wall Temperature/Concentration or Heat/Mass Flux and Suction/Injection

The steady natural convection flow on a horizontal cone embedded in a saturated porous medium with non-uniform wall temperature/concentration or heat/mass flux and suction/injection has been investigated. Non-similar solutions have been obtained. The nonlinear couple differential equations under boundary layer approximations governing the flow have been numerically solved. The Nusselt and Sherwood numbers are found to depend on the buoyancy forces, suction/injection rates, variation of wall temperature/concentration or heat/mass flux, Lewis number and the non-Darcy parameter.

Effet de l'aération d'appoint, de la saison et de l'espèce de macrophytes dans le traitement d'un effluent piscicole par marais artificiel

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effet de l'aération d'appoint, de la saison et de l'espèce de macrophytes dans le traitement d'un effluent piscicole par marais artificiel

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Simulation of ion flux distribution in conductive and nonconductive nanotip patterns

The distribution of flux of carbon-bearing cations over nanopatterned surfaces with conductive nanotips and nonconductive nanoislands is simulated using the Monte-Carlo technique. It is shown that the ion current is focused to nanotip surfaces when the negative substrate bias is low and only slightly perturbed at higher substrate biases. In the low-bias case, the mean horizontal ion displacement caused by the nanotip electric field exceeds 10 nm. However, at higher substrate biases, this value reduces down to 2 nm. In the nonconductive nanopattern case, the ion current distribution is highly nonuniform, with distinctive zones of depleted current density around the nanoislands. The simulation results suggest the efficient means to control ion fluxes in plasma-aided nanofabrication of ordered nanopatterns, such as nanotip microemitter structures and quantum dot or nanoparticle arrays. © World Scientific Publishing Company.

Nonsimilar solutions for mixed convection in non-Newtonian fluids along horizontal surfaces in porous media

A nonsimilar boundary layer analysis is presented for the problem of mixed convection in power-law type non-Newtonian fluids along horizontal surfaces with variable heat flux distribution. The mixed convection regime is divided into two regions, namely, the forced convection dominated regime and the free convection dominated regime. The two solutions are matched. Numerical results are presented for the details of the velocity and temperature fields. A discussion is provided for the effect of viscosity index on the surface heat transfer rate.

Planform structure of turbulent free convection on horizontal surfaces

The planform structure of turbulent free convection over a heated horizontal surface has been visualized and analyzed for different boundary conditions at the top and for different aspect ratios, for flux Rayleigh numbers ranging from 10 exp 8 - 10 exp 10. The different boundary conditions correspond to Rayleigh-Benard convection, open convection with evaporation at the top and with an imposed external flow on the heated boundary. Without the external flow the planform is one randomly oriented line plume. At large Ra, these line plumes seem to align along the diagonal, persumably due to a large-scale flow along as visualized in the side view. When the external flow is imposed, the line plumes clearly align in the direction of external flow. Flow visualization reveals that at these Ra, the shear tends to break the plumes which otherwise would reach the opposite boundary. (Author)