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Reliable long-term streamflow forecast is essential in water resources management and plays a key role in reservoir management and hydropower generation. Properly framing the uncertainty is the key issue in providing a reliable long-term streamflow forecast, and probabilistic forecasts have been used to this effect. In a probabilistic approach, each observed historical data is taken as a possible realization of the future. Non stationarity of hydrometeorological variables, either due to the climate internal variability or anthropogenic change, is another important problem for long-term streamflow forecasts as it is becoming increasingly clearer that past historical data may not adequately represent the current climate. Therefore, there is a need to develop flexible approaches taking into account non-stationarity for long-term streamflow forecasts. Resampling past historical time series is the main approach used for probabilistic long term streamflow forecasts. However, non-stationarity is a key issue of resampling approaches. One possible approach is to make use of a stochastic weather generator coupled to a hydrological model to generate long-term probabilistic streamflow forecasts. Weather generators can easily be modified to account for climatic trends and therefore have the potential to take non-stationarity into account. However, before weather generators can be modified to account for climate non-stationarity, it is first necessary to evaluate whether the modeling chain consisting of a stochastic weather generator and a hydrological model can generate probabilistic streamflow forecasts with a performance similar to that of more traditional resampling approaches. The first objective of this study is therefore, to compare the performance of a stochastic weather generator against that of resampling historical meteorological time series in order to produce ensemble streamflow forecasts. Results indicate that while there are differences between both methods, they nevertheless largely both perform similarly, thus showing that weather generators can be used as substitutes to resampling the historical past. Based on these results, two approaches for taking non-stationarity into account have been proposed. Both approaches are based on a climate-based perturbation of the stochastic weather generator parameters. The first approach explored a simple perturbation method in which the entire length of the historical record is used to quantify internal variability, while a subset of recent years is used to characterize mean climatic values for precipitation, minimum and maximum temperatures. Results show that the approach systematically improves long-term streamflow forecasts accuracy, and that results are dependent on the time window used to estimate current mean climatic estimates. The second approach conditioned the parameters of a stochastic weather generator on largescale climate indices. In this approach, the most important climate indices are identified by looking at yearly correlations between a set of 40 indices and precipitation and temperature. A linear model is then constructed to identify precipitation and temperature anomalies which are then used to induce perturbations in the stochastic weather generator. Five different time windows are defined to determine the optimal linear model. Results show that temperatures are significantly correlated with large-scale climate indices, whereas precipitation is only weakly related to the same indices. The length of the time window has a considerable impact on the prediction ability of the linear models. The precipitation models based on short-duration time windows performed better than those based on longer windows, while the reverse was found for the temperature models. Results show that the proposed method improves long-term streamflow forecasting, particularly around the spring flood.

Dams are vital national assets that play a crucial role in water storage, hydroelectric power generation, and flood control. Globally, over 61,000 large dams have surpassed 50 years of service, and many show signs of deterioration. With over 300 dam failures recorded worldwide, the potential for catastrophic damage remains alarmingly high if these aging structures are not properly maintained and upgraded. Further, many of the existing dams were built upon outdated standards, and there is an increase in seismic hazards making it imperative to reevaluate their seismic performance to align with current safety standards. The need for improved dam safety measures is urgent, as dam owners, regulators, and policymakers grapple with the challenges of ensuring the structural integrity of aging dams in the face of growing risks. A key solution is shifting from traditional safety approaches to a modern, risk-based methodology, which addresses safety concerns more efficiently and economically. Various, global agencies have developed risk-based safety assessment guidelines; however, these often lack systematic implementation frameworks and sufficient reference studies, making them difficult for dam owners to adopt effectively. Furthermore, various uncertainties can impact the risk assessment and can complicate efforts to ensure dam safety. In this context, this research investigates uncertainties impacting seismic risk assessments for dams, including modeling choices, ground motion selection, aging, and material variability. Case studies of the Koyna Dam and Pine Flat Dam were used to evaluate these factors at each stage of performance evaluation: system response, fragility, and risk assessment. Key findings indicate that dam-foundation-reservoir (DFR) models incorporating acoustic elements exhibit less variability in system response, regardless of model complexity and solution procedure. Ground motion derived from the conditional mean spectrum (CMS) method yields better fragility estimates than the ASCE 7-16 standard, particularly for moderate to severe damage states. Additionally, aging and material variability significantly affect the dynamic characteristics of dams, with increased failure probabilities correlating with both age and return period. Based on these findings, the research proposes a comprehensive, systematic framework for risk-based seismic safety evaluation. This framework aligns with safety assessment objectives and ensures optimal use of computational resources.

Les biotechnologies constituent aujourd'hui un secteur d'activités dynamique offrant de nouvelles perspectives d'innovations. Ces connaissances, permettant d'allier deux entités jusqu'ici traitées séparément, la technique et le vivant, sont en proie de révolutionner notre rapport au monde à de nombreux égards. La présente étude a plus spécifiquement vocation à se pencher sur les innovations biologiques produites à partir d'éléments extraits du corps humain, tels que les cellules souches et les gènes. La biologie cellulaire et le génie génétique se sont imposés comme des secteurs phares des biotechnologies en raison des progrès significatifs qu'ils pourraient permettre pour le traitement de certaines maladies génétiques rares. Toutefois, la protection juridique devant être octroyée à ce type de créations suscite un flot de réactions souvent très partagées au sein de l'opinion publique. Si le brevet est reconnu comme l'outil de propriété industrielle privilégié pour protéger efficacement les inventions, son application au domaine du vivant, et qui plus est au corps humain, demeure plus délicate et controversée. L'inadéquation des critères de brevetabilité aux inventions biotechnologiques fait aujourd'hui obstacle à la prise en considération de ces nouvelles formes de créations par la propriété intellectuelle. Ce projet de recherche s'inscrit dans une perspective globale et transversale, visant à comprendre en quoi le domaine brevetable est influencé par une série de considérations éthiques et par la superposition d'intérêts économiques et sociaux divergents. Il s'agit ainsi de tenter de clarifier les délimitations de l'objet brevetable et de réfléchir à l'opportunité de nouvelles admissions dans le champ de la brevetabilité tout en maintenant certains garde-fous essentiels à la protection des droits fondamentaux individuels. Dès lors, cette étude s'intéresse aux outils et stratégies disponibles afin de renforcer la coopération entre les acteurs impliqués dans ce débat et d'assurer un meilleur équilibre entre les différents intérêts en présence.

Flooding, a major natural calamity, severely threatens communities and infrastructures in areas susceptible to floods. Consequently, implementing an Internet of Things (IoT)-based flood monitoring system becomes crucial. Existing flood monitoring systems lack a comprehensive and scalable IoT platform to collect real-time data from diverse sensors efficiently, visualize flood information, and provide accurate water level forecasts. This thesis proposes a complete system designed to address the challenges associated with efficient data collection and flood monitoring from diverse IoT sensors. Our proposition involves creating and deploying a centralized system known as HYDROSIGHT, which facilitates the real-time gathering, monitoring, and visualization of flooding-related sensor data. HYDROSIGHT system also provides a log monitoring feature for effective debugging and troubleshooting. The IoT environment for flood monitoring and prediction system was designed to promote sustainability and autonomy by preferring sensors with minimal footprints and compatibility with solar panels. The system architecture leverages a 4G network for seamless data transmission. To validate the practical applicability of the proposed design,HYDROSIGHT system was tested at two municipalities of Quebec, namely Terrebonne, and Lac-Supérieur. In addition, the platform was also deployed at the Ericsson facility in Montreal to test the 5G capabilities. The deployment in these locations allowed us to evaluate the performance and effectiveness of the HYDROSIGHT system in a real flood monitoring environment. In addition to implementing the IoT testbed, a preliminary machine learning tool was developed on water level forecasting. In this experiment, we opted for an online machine-learning approach, recognizing the significance of real-time updates and low computational resources of IoT devices. Leveraging the constantly updating data from HYDROSIGHT, we trained and tested our online machine-learning model, enhancing its forecasting capabilities. We conducted a comparative analysis to understand the advantages of online machine learning over traditional batch learning. This analysis involved examining the water level forecasting results obtained from both methods using time series data from the HYDROSIGHT system deployed at Lac-Supérieur in Quebec.

Les inondations sont une préoccupation majeure avec un potentiel de risques importants pour la sécurité publique ainsi qu'un impact économique et social négatif. Pour développer un modèle hydrodynamique permettant de cartographier et d'évaluer les risques d'inondation, un modèle d'élévation est un élément essentiel. La grande disponibilité de données de télédétection multisources facilite la création d'un modèle numérique d'élévation topo-bathymétrique (TBDEM). Cependant, il peut être très difficile de créer un modèle d'élévation à haute résolution homogène adapté à la cartographie des inondations en raison des divergences entre les données topographiques et bathymétriques causées par des changements temporels, des systèmes de référence horizontaux et verticaux différents, et des différences significatives en termes de résolution, incertitude et zone de couverture. Cette étude présente une méthodologie qui élargit les études précédentes axées sur la cartographie côtière à basse résolution en résolvant les différences spatiales et temporelles des jeux de données multisources tout en maintenant l'intégrité de la morphologie des berges et de l'environnement proche du rivage. Ceci est réalisé en appliquant une nouvelle méthodologie de fusion qui est mieux adaptée aux sources de données en jeu. Une méthode de moindre coût est appliquée aux données topographiques alors qu'une méthode de feathering est appliquée aux données bathymétriques. Pour ce qui est de la zone intermédiaire à l'interface de la terre et de l'eau, des transects sont utilisés pour interpoler entre les données manquantes afin de garantir l'intégrité du littoral. Enfin, une méthode de krigeage empirique bayésien appliqué à l'ensemble des données permet de produire une surface sans discontinuité accompagnée d'une surface d'erreur pour analyser l'incertitude en chaque point du modèle. Des données LiDAR aéroporté ainsi que des données de bathymétrie multifaisceau de la section supérieure du fleuve Saint-Laurent au Québec, Canada ont été combinées en utilisant la méthodologie proposée. Le TBDEM produit dans cette étude constitue une meilleure représentation que les modèles précédents et minimise l'erreur dans les données. La capacité de ce TBDEM à être plus performant que les modèles précédents dans les simulations hydrodynamiques sera testée dans des études futures en utilisant des événements de crue enregistrés précédemment.

Les instances responsables d’assurer la gestion des risques d’inondations reliés aux embâcles de glace sont toujours à la recherche d’outils visant à prévenir les risques et réduire les conséquences sur les populations et les infrastructures. Grâce à la modélisation de certains paramètres jouant un rôle dans la formation des embâcles de glace comme la prédisposition géomorphologique et les conditions hydrométéorologiques, la prévention de ceux-ci s’est grandement améliorée. Les modèles axés sur la force de mobilisation de la rivière et sa capacité à contraindre l’écoulement gagnerait en pertinence s’ils pouvaient inclure la résistance du couvert de glace. Les outils de télédétection sont une manière efficace de connaitre l’état du couvert de glace tant sur l’ensemble de la rivière qu'à différents endroits ciblés. Ceux-ci peuvent générer différents produits cartographiques utiles avant, pendant et après les événements. La présente thèse vise à intégrer le suivi du couvert de glace dans les méthodes de prévention des embâcles à l’aide d’outils provenant de la télédétection. Pour ce faire, quatre sous-objectifs ont été accomplis 1) créer une approche de suivi du couvert de glace à grande échelle en exploitant les données de télédétection optique, radar et acquises par drone, 2) développer une méthode de cartographie automatique du type de glace par estimation d’ensemble à partir d’imagerie radar, 3) concevoir un modèle de détection automatique des lieux à risque de débâcle en utilisant les connaissances de personnes expertes pour interpréter les cartes du type de glace et 4) intégrer les outils développés aux autres modèles conçus dans le cadre de DAVE (Dispositif d’alertes et de vigilance aux embâcles). Les contributions originales découlant de cette thèse touchent plusieurs aspects du suivi du couvert de glace. Elles incluent la démonstration de la pertinence des indicateurs de suivi de la glace par la télédétection, la conceptualisation d’une méthode de segmentation de la rivière en secteurs de production, transport et accumulation de la glace, l’élaboration d’un modèle de cartographie du type de glace par estimation d’ensemble plus performant et polyvalent que les classificateurs originaux, la construction d’une base de données de dégradation du couvert de glace à partir des connaissances de personnes expertes en cartographie de la glace et un modèle de classification de la dégradation du couvert de glace. Cette thèse se conclut par l’intégration conceptuelle à l’aide d’une analyse multicritères hiérarchique des différents outils développés au sein de DAVE. <br /><br /> The authorities responsible for ice jam flood risk management are always looking for tools to prevent harm and reduce consequences on populations and infrastructure. Ice jam prevention has been greatly improved by modelling certain parameters—such as geomorphic predispositions and hydrometeorological conditions—that are central to ice jam formation. These models focusing on the strength of the river current and its ability to constrain the flow would gain in relevance if they could include ice cover strength. Remote sensing tools are an effective way of knowing the state of the ice cover over the whole river and at different target locations. These can be used to generate different map products to include in monitoring before, during and after hazard events. This dissertation therefore aims to integrate ice cover monitoring into ice jam prevention methods using remote sensing tools. To do so, three main sub-objectives were accomplished: 1) to create a large-scale ice cover monitoring approach using remote sensing data such as optical, radar and drone images, 2) to develop a method for automatic mapping of ice type by ensemble estimation from radar imagery, 3) to design an automatic detection model for breakup risk locations using ice type maps and expert judgment and 4) to integrate the tools developed with other models created within the Dispositif d’alertes et de vigilance des embâcles de glace (DAVE). The original contribution from this work covers multiple aspects of ice cover monitoring. This dissertation demonstrates the relevance of direct indicators of ice monitoring by remote sensing, conceptualizes a method for river segmentation into areas of ice production, transport and accumulation, develops an ensemble-based estimation ice type mapping model more efficient and versatile than the original algorithms, constructs an ice cover degradation database derived from the knowledge of ice mapping experts, and proposes a classification model of ice cover degradation. This dissertation concludes with the conceptual integration by analytic hierarchy process of the different tools developed within DAVE.

The canalized southernmost section of Wonscotonach (the Don River) in Tkarón:to (Toronto), also known as The Narrows, is a highly disturbed urban natural landscape. Following the 1886 Don Improvement Project, the Keating Channel, and today the Port Lands Revitalization and Flood Protection Project, these Lands have been harnessed and developed through settler colonization to tame and control the once-winding river. This research-creation—in the form of a curated online exhibition and written thesis—presents a critical (re)reading of the notion of improvement, becoming allied to the pre-colonial landscape and the knowledge it carried. This exhibition and thesis develop the concept of the meander, inspired by the non-linear trajectory of the pre-canalized Don River, as a model for the curatorial. The curatorial process of improvement becomes a wall, and the river meanders still began before the global COVID-19 pandemic and, subsequently, was derailed in March 2020. The exhibition’s final form was unknowable throughout much of the curatorial process. Thus, following the meander as a research-creation technique, the curatorial process, exhibitionary structure, and content had to adapt through lingering uncertainty. This thesis, contributing to the theoretical and practical knowledge of research-creation, looks to intersections with the curatorial following the theoretical underpinnings of Erin Manning and Brian Massumi, Natalie Loveless and Stefanie Springgay and Sarah E. Truman. As a project untethered from institutional timelines and normative requirements to ‘know a project in advance,’ as well as the conventions of a physical exhibition, this research-creation manifested through process-led, creative and exploratory techniques (such as walking and drawing) and slowed pace allowed by the COVID-19 pandemic’s reframing of time. This research-creation exhibition and written thesis develop a responsive and resilient curatorial process deeply indebted to Land-based knowledge.

RÉSUMÉ : Pour atténuer les risques d'inondation au Québec mais aussi partout dans le monde, plusieurs organismes gouvernementaux et des organismes privés, qui ont dans leurs attributions la gestion des risques des catastrophes naturelles, continuent d'améliorer ou d'innover en matière d'outils qui peuvent les aider efficacement à la mitigation des risques d'inondation et aider la société à mieux s'adapter aux changements climatiques, ce qui implique des nouvelles technologies pour la conception de ces outils. Après les inondations de 2017, le ministère de l'Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques (MELCC) du gouvernement du Québec, en collaboration avec d'autres ministères et organismes et soutenu par Ouranos, a initié le projet INFO-Crue qui vise d'une part, à revoir la cartographie des zones inondables et, d'autre part, à mieux outiller les communautés et les décideurs en leur fournissant une cartographie prévisionnelle des crues de rivières. De ce fait, l'objectif de notre travail de recherche est d'analyser de façon empirique les facteurs qui influencent l'adoption d'un outil prévisionnel des crues. La revue de la littérature couvre les inondations et les prévisions, les théories et les modèles d'acceptation de la technologie de l'information (TI). Pour atteindre l'objectif de recherche, le modèle développé s'est appuyé particulièrement sur le modèle qui combine les concepts de la théorie unifiée de l'acceptation et l'utilisation des technologies (UTAUT) de Venkatesh et al. (2003) avec le concept « risque d'utilisation ». Afin de répondre à notre objectif de recherche, nous avons utilisé une méthodologie de recherche quantitative hypothético-déductive. Une collecte de données à l'aide d'une enquête par questionnaire électronique a été réalisée auprès de 106 citoyens qui habitent dans des zones inondables. L'analyse des résultats concorde avec la littérature. La nouvelle variable « risque d'utilisation » rajoutée au modèle UTAUT a engendré trois variables qui sont : « risque psychologique d'utilisation »; « risque de performance de l'outil » et « perte de confiance ». Pour expliquer l'adoption d'un nouvel outil prévisionnel des crues, notre analyse a révélé que cinq variables à savoir : « l'utilité perçue », « la facilité d'utilisation », « l'influence sociale », « la perte de confiance » et « le risque psychologique » sont des facteurs significatifs pour l'adoption du nouvel outil prévisionnel. -- Mot(s) clé(s) en français : Inondation, Prévision, UTAUT, Adoption de la technologie, Risque perçu d'utilisation, facteurs d'adoption, Projet INFO-Crue. -- ABSTRACT : With the aim of mitigating flood risks in Canada as well as around the world, several government and private organizations that have the responsibility of natural hazard risk management, are working hard to improve or innovate the flood mitigation approaches that can help effectively reducing flood risks and helping people adapt to climate change. After the 2017 floods, the Ministry of the Environment and the Fight against Climate Change (MELCC) of the Government of Quebec, in collaboration with other ministries and organizations and supported by Ouranos, initiated the INFO-Crue project which aims at reviewing the mapping of flood zones and providing communities and decision-makers with a forecast mapping of river floods. In this context, the objective of our research is to analyze the factors that may influence the adoption of a flood forecasting tool. The literature review covers flood and forecasting, as well as technology adoption models. To achieve the goal of our research, a conceptual model that combines the Unified Theory of Acceptance and Use of Technology (UTAUT) of Venkatesh et al. (2003) with perceived use risk was developed. A quantitative research methodology was used, and we administrate an electronic questionnaire survey to 106 citizens who live in flood-plain area. Results analysis show that the new variable "perceived use risk" introduced in the model generates three variables which are: "psychological risk"; "performance risk" and "loss of trust". To explain the adoption of a new forecasting tool, our analysis revealed that the following five variables which are "perceived usefulness", "ease of use­", "social influence", "loss of trust" and "psychological risk" are significant factors for the adoption of the new forecasting tool. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Flood, Forecasting, UTAUT, Technology Adoption, perceived Risk of use, adoption factors, INFO-Crue project.

RÉSUMÉ: Les inondations sont considérées comme l'un des risques naturels les plus dangereux au monde. Plusieurs pays souffrent des conséquences néfastes des inondations. Au Canada, plusieurs provinces ont subi des inondations au cours du siècle dernier. Par exemple, la rivière des Outaouais a été confrontée à de nombreuses inondations comme en 2017 et 2019. La population d'Ottawa continue à augmenter d'une année à l'autre. C'est pour cela que nous avons choisi la rivière des Outaouais comme étude de cas pour ce projet dans le but de protéger la société contre les risques causés par les inondations. Les pays adoptent plusieurs solutions basées sur différentes méthodes afin de minimiser les dommages causés par les crues. La plupart des scientifiques s'accordent que la prévision des crues est la meilleure façon de limiter les conséquences des crues. Les systèmes de prévision des crues sont indispensables dans les pays fréquemment confrontés à des crues. Ils visent à fournir un long délai d'exécution et à fournir aux autorités et aux décideurs des informations suffisantes. Par conséquent, ils auront suffisamment de temps pour prendre les mesures adéquates pour sauver la vie de la population et limiter les catastrophes économiques dues aux inondations. ABSTRACT: Floods are one of the most catastrophic natural disasters in Canada and around the world that can cause loss of life and damages to properties and infrastructures. Saguenay flood (1996), southern Alberta flood (2013), and Ottawa floods (2017, 2019), are a few examples of Canadian floods with tremendous socio-economic impacts. Flood forecasting and predicting its characteristics (e.g., its magnitude and extent) has an important role in preventing and mitigating such flood impacts. Particularly, short-term forecasting is crucial for early warning systems and emergency response to floods. This study presents an integrated hydraulic-hydrologic modeling system for flood prediction. In this system, the Delft3D two-dimensional hydrodynamic model is connected with a HEC-HMS hydrologic model and observation data to provide an automatic exchange of data and results. Delft3D and HEC-HMS were chosen for this study because they were widely used and provided good results. In addition, they were applied in several flood forecasting studies. The prediction weather data and watershed characteristics provide input to the hydrological model to predict streamflow conditions, which are then automatically fed into the hydrodynamic model. The hydrodynamic model simulates the flood characteristics such as water level, 2D depth-averaged velocity field, and flood extent.

The frequency of natural hazards in North America presents a significant challenge for governments due to the damages they cause to the environment. Floods are severe hydrological events caused by spring snowmelt and intense rain events. Flood frequency analysis studies assumes that annual peak flood events occur independently of each other, regardless of previous flood events (the independent and identically distributed (i.i.d.) assumption); however, annual peak flood records do not necessarily appear to conform to these assumptions. First, a review of the literature on the effects of climate oscillations on extreme flood frequencies in North America was conducted. Then, the i.i.d. flood event assumption was tested by analyzing the effects of the Pacific Decadal Oscillation (PDO) and Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) on 250 naturally flowing annual peak flood records across the entire western North American margin. Using permutation tests on quantile-quantile (Q-Q) plots, I found that the PDO has a greater impact on the magnitude of annual peak floods than the AMO. Twenty-six percent of the gauges have higher magnitude annual floods depending on the PDO phase (p < 0.1). Next, I examined the interacting effects of the PDO and AMO on the frequencies of lower and upper quartile annual peak floods, and found reinforcing, cancelling, and dominating effects. Since these two climate oscillations have significant effects on the magnitudes of annual peak floods, the i.i.d. assumption does not hold. Hence, I advocate for the need to re-assess baseline flood analysis in western North America to improve flood management strategies.

En étant nécessaire à la vie humaine, l’eau est également nécessaire au fonctionnement des économies. Pour qu’elle soit utile à la société, l’eau doit être disponible en quantité et en qualité adéquates, caractéristiques qui ne sont pas toujours disponibles dans la nature. Ainsi, trop ou pas assez d’eau entraînerait des inondations ou des sécheresses, tandis qu’une eau contaminée pourrait être le vecteur de maladies contagieuses mortelles, chacun de ces fléaux entraînant des dommages économiques. Cette thèse est organisée en trois chapitres traitant de thématiques liées aux investissements dans les infrastructures d'eau et à la gestion des maladies infectieuses. Le premier chapitre étudie comment les améliorations apportées aux réseaux d’égouts atténuent les impacts économiques des inondations provoquées par la pluie. Pour estimer l’effet causal de ces investissements, ce chapitre utilise un resserrement inattendu du financement fédéral américain en faveur des réseaux d’égouts, à la suite de l’amendement de 1977 à la politique du Clean Water Act. L'analyse empirique combine un nouveau modèle statistique du risque d'inondation induit par la pluie avec des données horaires sur la quantité de pluie dans les comtés et les codes postaux américains de 1996 à 2019. Les résultats indiquent que des investissements plus importants dans les réseaux d'égouts ont conduit à des réductions substantielles des inondations locales. Les bénéfices de ces investissements sont supérieurs à leurs coûts, économisant près de 23 millions de dollars pour le comté moyen. Dans l’ensemble, ces résultats mettent en évidence à quel point la détérioration des infrastructures publiques peut exacerber les conséquences du changement climatique. Le deuxième chapitre étudie le rôle des épidémies locales de maladies infectieuses dans l'adoption de systèmes centralisés d'approvisionnement en eau dans les premières villes américaines au XIXe siècle. À l’aide d’un vaste corpus de données provenant d’archives de journaux de 1800 à 1896, je construis un nouvel indicateur capturant les épidémies de fièvre jaune, de choléra et de fièvre typhoïde au niveau des villes. Les résultats indiquent que (1) les épidémies locales de maladies infectieuses ont entraîné une augmentation du nombre systèmes d'approvisionnement en eau construits par les villes et ont joué un rôle crucial dans la décision de construire environ 12% des ouvrages d’adduction d’eau en activité en 1897 ; (2) La réponse des villes aux épidémies de typhoïde a été deux fois plus importante que celle qui a suivi les épidémies de fièvre jaune ou de choléra. (3) Les entreprises privées ont construit davantage de nouveaux réseaux d’adduction d’eau après les épidémies locales, tandis que les gouvernements locaux ont procédé à davantage d’améliorations et d’extensions des réseaux d’adduction d’eau publics existants ainsi qu’à des rachats de sociétés d’eau privées. Enfin, je discute du rôle potentiel de divers facteurs sociodémographiques. Le troisième chapitre étudie les coûts économiques associés à une stratégie utilisée pour gérer les épidémies locales lors de la récente pandémie de COVID-19. Dans ce travail en collaboration avec Jian Tang, nous quantifions les effets de la politique ‘zéro-COVID’ à l’aide d’un riche ensemble de données sur les confinements au niveau des comtés en Chine et d’images satellitaires nocturnes. Nous constatons que des confinements plus stricts induisent une forte baisse de la luminosité nocturne au cours de la même période, suivie d’une lente reprise, qui se produit au moins deux trimestres après l’instauration du confinement. En l’absence de contagions généralisées, un comté soumis à un confinement total subit en moyenne une perte de PIB de 6% par rapport aux comtés non confinés. L’effet négatif est particulièrement persistant dans les zones où la production est dominée par les services, par opposition aux zones où la production est dominée par l’activité manufacturière. L’on note par ailleurs la présence d’effets d’entraînement à proximité des comtés confinés, mais ces effets sont de courte durée.

Les débits reconstitués pour le nord-ouest du Québec démontrent une augmentation de la fréquence et de la magnitude des crues printanières en lien avec l’augmentation des précipitations nivales depuis le début du XIXe siècle. Autour du lac Duparquet, une migration des peuplements de frêne noir (Fraxinus nigra Marsh.) vers l’intérieur des terres en réponse à ces changements a été rapportée. Pour anticiper la réponse des frênaies noires du lac Duparquet face aux changements climatiques et hydrologiques à venir, cette étude décrit les conditions favorisant la présence de F. nigra et la structuration des peuplements en lien avec la dynamique des crues printanières depuis le début du XXe siècle. L’étude se structure autour des objectifs suivants : i) déterminer la composition et l’organisation des communautés végétales associées à F. nigra le long du gradient d’élévation; ii) déterminer les facteurs limitant l’expansion des frênaies noires dans les basses et hautes plaines alluviales; et iii) déterminer les fréquences d’occurrence des crues printanières le long du gradient d’élévation des plaines alluviales et identifier les fréquences de retour des crues printanières associées à chaque groupement floristique. Vingt-quatre frênaies noires du lac Duparquet et de ses affluents ont été échantillonnées durant l’été 2022 en utilisant un échantillonnage par stratification verticale de la végétation le long de transects perpendiculaires à la rive, avec mesure de variables environnementales et écologiques. Une analyse par regroupement hiérarchique associée à une analyse d’espèces indicatrices a permis d’identifier des communautés végétales associées aux frênaies noires et notamment trois communautés distribuées le long des gradients d’élévation et de distance à la rive depuis la plaine alluviale basse (communauté i) frênaie à Onoclea sensibilis L.), moyenne (communauté ii) frênaie à Rhamnus alnifiolia L’Her.), et haute (communauté iii) frênaie à Athyrium filix-feminina (Linn.) Roth). Les structures de diamètre révèlent que les zones des basses et hautes plaines alluviales sont moins denses en F. nigra et composées d’arbres plus jeunes. Les analyses des cernes de crues montrent une diminution significative de la fréquence d’occurrence des crues printanières de faible et forte intensité entre les groupements floristiques depuis les basses vers les hautes plaines inondables. Les fréquences moyennes d’occurrences des crues le long du gradient d’élévation participent donc à expliquer la structure des frênaies noires du lac Duparquet. Cette recherche fournit des paramètres écologiques de base, essentiels pour maintenir un équilibre dynamique dans les frênaies noires, notamment en cas de modifications des débits des cours d'eau, comme celles induites par des aménagements hydroélectriques ou de futurs changements climatiques.

Abstract: Accurate spring flow forecasts, primarily driven by snow accumulation and melt processes, are essential for decision-makers aiming to optimize hydro-electricity production and mitigate potential flood damages in snow-dominated regions. By integrating snowpack data from diverse sources (in-situ, remote sensing, and reanalysis) with modeled snow-related state variables through Data Assimilation (DA), there is the potential to leverage both modeling and observations for more accurate estimation of the resulting spring flow. However, challenges such as the lack of sufficient snow station networks and issues with optical and microwave sensors to provide Snow Water Equivalent (SWE) can hinder progress, particularly in regions with heterogeneous snowpack characteristics. Overcoming these challenges is crucial to realizing the full potential of snow DA in advancing spring flow forecasts. This thesis aims to optimize spring flow forecasting effectiveness using snow DA, where snow-related observations are incorporated into hydrological models. It investigates the best hydrological model structure (a lumped model: HSAMI, and a distributed model: HYDROTEL) for leveraging distributed SWE data provided by SNODAS (SNOw Data Assimilation System) dataset, which serves as the observation. This DA framework is applied on a large, heterogeneous northern Québec watershed (Outardes 4). It does so by updating SWE model states of HYDROTEL and HSAMI using the Ensemble Kalman Filter (EnKF) DA method. The simulated spring flow are then compared to observed spring flow data. Another scope of the thesis is to compare two reanalysis products with varying spatial resolutions and SWE representations (SNODAS and ERA5-Land) for improving 1-day spring flow forecasts in HYDROTEL over a smaller southern Québec watershed (Au Saumon). Finally, the thesis assesses the forecasting skill of the optimal model-observation combination over an extended 30-day forecast horizon using various probabilistic and deterministic metrics. The forecasting skills are evaluated in terms of SWE estimations during the snowpack accumulation and melt periods, and their impacts on spring flow. Among the two hydrological models considered (i.e., HYDROTEL and HSAMI), HYDROTEL proves to be a better candidate to unlock the full potential of distributed SNODAS SWE dataset through DA over a large watershed with spatially variable SWE. This is seen by improved 1-day spring flow forecasts metrics over many years (2014-2017). From the observation source point of view, SNODAS DA results in a more consistent 1-day spring flow forecasts compared to ERA5-Land over Au Saumon. However, the improvements in 1-day spring flow forecasts induced by SNODAS DA are comparatively modest over Au Saumon compared to Outardes 4, with NSE changing from 0.44 to 0.45, 0.31 to 0.34, and 0.59 to 0.61 for the 2014-2017 time period. This could be rooted in alignments between the physiographic characteristics of the watershed and the frequency of DA updates. The results obtained from the first two chapters of the thesis provide a snow DA framework with the capability to improve short-term and mid-term SWE forecasts with varying influence over the forecast horizon given the snowpack period considered (i.e., formation and ablation). The improved SWE estimations lead to increased accuracy and better uncertainty representations, as measured by Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), Relative Bias (RB), and Continuous Ranked Probability Score (CRPS), in spring flow forecasts for the Outardes 4 watershed over the study period (2014-2017).

RÉSUMÉ : Le fjord du Saguenay est une vallée glacière de 110 km de long et de 280 m de profondeur maximale qui relie la rivière Saguenay à sa tête à l'estuaire du Saint-Laurent à son embouchure. La bathymétrie du fjord est caractérisée par 3 seuils : le seuil peu profond (~ 20 m) à l'embouchure, un seuil intermédiaire (60 m) à 20 km en amont et un seuil profond (120 m) à 35 km en amont. Ces seuils séparent le fjord en 3 bassins : le bassin extérieur, le bassin intermédiaire et le bassin intérieur. La circulation dans le fjord est forcée par l'apport d'eau douce de la rivière Saguenay à sa tête, de grandes marées (jusqu'à 6 m de marnage) à son embouchure qui apportent de l'eau salée ainsi que par le vent. La circulation à grande échelle a été caractérisée par trois régimes saisonniers au cours desquels les eaux profondes, intermédiaires et de sous-surface du bassin intérieur sont renouvelées respectivement au début de l'hiver, en été et à la fin de l'hiver. Des indications indirectes suggèrent que ces régimes sont déterminés par des processus turbulents qui se produisent localement à chacun de ces trois seuils. Ici, nous présentons les résultats des expériences de terrain que nous avons menées qui visaient à étudier plus directement la dynamique des processus de seuil induits par les courants de marées ainsi que les modifications de masse d'eau qui surviennent aux seuils. À ce jour, nos mesures fournissent la description la plus précise et la plus complète des structures d'écoulement de marée stratifié autour des seuils internes du fjord du Saguenay. Nous avons également observé qu'un ressaut hydraulique interne semble se former lors de chaque marée descendante en aval du seuil intermédiaire, mais pas lors des marées montantes. Des recherches sont toujours en cours pour mieux comprendre cette asymétrie, mais notre hypothèse est que la présence d'une masse d'eau plus salée en amont du seuil intermédiaire empêche la formation d'un ressaut hydraulique, un processus qui pourrait être similaire à celui documenté à Knight Inlet (Colombie-Britannique, Canada). -- Mot(s) clé(s) en français : Fjord du Saguenay, Estuaire du St-Laurent, Processus de Seuil, Mélange Turbulent, Océanographique Côtière. -- ABSTRACT : The Saguenay Fjord is a 110 km long and 280 m deep (max depth) multi-silled glacial valley that connects the Saguenay River at its head with the St. Lawrence Estuary at its mouth. The bathymetry is characterized by 3 sills : a shallow 20-m deep sill at the mouth, an intermediate 60-m deep sill 20 km up-fjord and a deep 120-m sill 35 km up-fjord. These sills separate 3 basins, the outer, the intermediate and the inner basins. The circulation in the fjord is forced by the Saguenay River at its head that brings freshwater, large tides (up to 6 m range) at its mouth that brings salt water and by wind. The large-scale circulation has been characterized by four seasonally dependent regimes during which the deep, intermediate and subsurface waters of the inner basin are being renewed, respectively, during early winter, summer and late winter. There are indirect indications that those regimes are determined by turbulent processes occurring locally at each of these three sills. Here, we carried out field experiments to more directly investigate the detailed dynamics of tidally-driven sill processes and water mass modifications occurring across these three sills. Our measurements provide to date the most accurate and complete description of the stratified tidal flow structures around these sills. We also found that an internal hydraulic jump seems to form every ebb tide on the down-fjord side of the intermediate sill but not during flood tide on the up-fjord side. Research is ongoing to better understand this asymmetry but our hypothesis is that it is the presence of a salty pool up-fjord of the sill that prevents the formation of a hydraulic jump, a process that may be similar to that documented in Knight Inlet (British Columbia, Canada). -- Mot(s) clé(s) en anglais : Saguenay Fjord, St-Lawrence Estuary, Sill Processes, Turbulent Mixing, Coastal Oceanography.

Aujourd'hui, la cartographie des réseaux hydrographiques est un sujet important pour la gestion et l'aménagement de l'espace forestier, la prévention contre les risques d'inondation, etc. Les données sources pour cartographier les cours d'eau sont des nuages de points obtenus par des lidars aéroportés. Cependant, les méthodes d'extraction des réseaux usuelles nécessitent des opérations de découpage, de rééchantillonnage et d'assemblage des résultats pour produire un réseau complet, altérant la qualité des résultats et limitant l'automatisation des traitements. Afin de limiter ces opérations, une nouvelle approche d'extraction est considérée. Cette approche propose de construire un réseau de crêtes et de talwegs à partir des points lidar, puis transforme ce réseau en réseau hydrographique. Notre recherche consiste à concevoir une méthode d'extraction robuste du réseau adaptée aux données massives. Ainsi, nous proposons d'abord une approche de calcul du réseau adaptée aux surfaces triangulées garantissant la cohérence topologique du réseau. Nous proposons ensuite une architecture s'appuyant sur des conteneurs pour paralléliser les calculs et ainsi traiter des données massives.

Au Québec, les conditions printanières extraordinaires de 2017 et 2019 ont incité le gouvernement provincial à commander une mise à jour des cartes des zones inondables. La plupart des cartes existantes ne reflètent pas adéquatement l’aménagement actuel du territoire, ni l’aléa associé. Généralement, pour la cartographie, les modèles hydrodynamiques tel que HEC-RAS sont utilisés, mais ces outils nécessitent une expertise significative, des données hydrométriques et des relevés bathymétriques à haute résolution. Étant donnée la nécessité de mettre à jour ces cartes tout en réduisant les coûts financiers associés, des méthodes conceptuelles simplifiées ont été développées. Ces approches, y compris l’approche géomatique HAND (Height above the nearest drainage), qui reposent uniquement sur un modèle numérique d’élévation (MNE), sont de plus en plus utilisées. HAND permet de calculer la hauteur d’eau nécessaire pour inonder chaque pixel du MNE selon la différence entre son élévation et celle du pixel du cours d’eau dans lequel il se déverse. Les informations sur la géométrie hydraulique dérivées par HAND ainsi que l’application de l’équation de Manning permettent la construction d’une courbe de tarage synthétique (CTS) pour chaque tronçon de rivière homogène. Dans la littérature, cette méthode a été appliquée pour établir une cartographie de la zone inondable de première instance de grands fleuves aux États-Unis avec un taux de correspondance de 90% par rapport à l’utilisation de HEC-RAS. Elle n’a toutefois pas été appliquée sur de petits bassins versants, car ceux-ci engendrent des défis méthodologiques substantiels. Ce projet s’attaque à ces défis sur deux bassins versants Québécois, ceux des rivières à la Raquette et Delisle. Les conditions frontières des modèles sont dérivées d’un traitement statistique empirique des séries de débits simulés avec le modèle hydrologique HYDROTEL. Étant donnée l’absence de stations météorologiques sur le territoire à l’étude, des chroniques du système Canadien d’Analyse de la précipitation (CaPA) ont été utilisées pour cette modélisation hydrologique. Les résultats de ce projet pointent vers des performances satisfaisantes de l’approche géomatique HAND-CTS en comparaison avec le modèle hydrodynamique HEC-RAS (1D/2D et 2D au complet), avec des taux de correspondance entre les étendues des inondations supérieurs à 60 % pour les bassins versants de Delisle et à la Raquette. Les comparaisons étaient effectuées sur une gamme de débit allant d’un débit de période de retour de 2 ans jusqu’à un débit de plus de 350 ans. On notera que l’application sur la rivière à la Raquette a été développée dans les règles de l’art, incluant un processus de calage développé dans le cadre d’un projet de maitrise en sciences de l’eau connexe à ce mémoire, relativement à la longueur du tronçon, le calage vertical de la CTS en considérant la hauteur d’eau présente dans le cours d’eau lors du relevé LiDAR et sa précision verticale. Les résultats ont montré que le coefficient de précision globale le plus bas était de 98 % pour un débit de 350 ans, avec une précision de plus que 99 % pour les autres périodes de retour, ce qui représente une très bonne performance du modèle. Et par ailleurs, le coefficient de Kappa conditionnel humide variait entre 58 % et 28 %. Alors, que pour la rivière Delisle, l’application se veut naïve, c’est-à-dire sans calage préalable de la méthode HANDCTS. La précision globale a varié entre 83 % et 96 %, ce qui est considéré comme "très approprié" et une variation du coefficient Kappa conditionnel humide de 35,2 à 64,3 %. Alors que pour une différence d’élévations d'eau entre les élévations de référence et simulées, la performance était quantifiée par un RMSE qui variait pour les périodes de retour de 100 ans et de 350 ans respectivement de 4,5 m et de 7,1 m. Enfin, la distribution spatiale des différences d’élévations montre une distribution gaussienne avec une moyenne qui est à peu près égale à 0 où la plupart des erreurs se situent entre -0,34 m et 1,1 m La cartographie des zones inondables dérivée de HAND-CTS présente encore certains défis associés notamment à la présence d’infrastructures urbaines complexes (ex. : ponceaux, ponts et seuils) dont l’influence hydraulique n’est pas considérée. Dans le contexte où l’ensemble du Québec (529 000 km²) dispose d’une couverture LiDAR, les résultats de ce mémoire permettront de mieux comprendre les sources d’incertitude associées à la méthode HAND-CTS tout en démontrant son potentiel pour les bassins versants dépourvus de données bathymétriques et hydrométéorologiques. <br /><br />The 2017 and 2019 extraordinary spring conditions prompted the Quebec government to update flood risk maps, as most of them do not adequately reflect current land use and associated hazard. Generally, hydrodynamic models such as HEC-RAS are used for flood mapping, but they require significant expertise, hydrometric data, and high-resolution bathymetric surveys. Given the need to update these maps while reducing the associated financial costs, simplified conceptual methods have been developed over the last decade. These methods are increasingly used, including HAND (height above the nearest drainage), which relies on a Digital Elevation Model (DEM) to delineate the inundation area given the water height in a river segment. Furthermore, the river geometry derived from HAND data and the application of Manning’s equation allow for the construction of a synthetic rating curve (SRC) for each homogeneous river segment. In the scientific literature, this framework has been applied to produce first-instance floodplain mapping of large rivers. For example, in the Continental United States 90% match rates were achieved when compared to the use of HEC-RAS. However, this framework has not been validated for small watersheds, as substantial methodological challenges are anticipated. This project addresses these underlying challenges in two Quebec watersheds, the à la Raquette and Delisle watersheds. The boundary conditions of the HECRAS models were derived from an empirical statistical treatment of flow time series simulated by HYDROTEL, a hydrological model, using Canadian Precipitation Analysis Product (CaPA) time series. The results of this project point towards satisfactory performances, with match rates greater than 60 % for both watersheds. It should be noted that the application on the Delisle River is naive, that is without prior calibration of the HAND-SRC method. The overall accuracy ranged from 83.4 % to 96.2 % while the water surface elevation difference was quantified by an RMSE that was for the 100-year and 350-year return periods of 4.5 m and 7.1 m respectively and where most errors are between -0.34 m and 1.1 m representing a very good model comparing to similar studies. For à la Raquette, the application showed an overall accuracy coefficient of 98 % for a 350-year flow, with an accuracy of over 99 % for other return periods. The mapping of flood risk areas using HAND-SRC still faces certain challenges, notably the presence of complex urban infrastructures (e.g., culverts, bridges, and weirs) whose hydraulic influences are not considered by this geomatic approach. Given that most of Quebec (529,000 km²) topography has been digitized using LiDAR data, the results conveyed in this MSc thesis will allow for a better understanding of the sources of uncertainty associated with the application of the HAND-SRC method while demonstrating its potential for watersheds lacking hydrometeorological and high-resolution bathymetric data.

Les inondations entrainent de nombreux dommages et des coûts économiques énormes. Cette étude vise à identifier les prédicteurs de l'adaptation aux inondations à l'aide de l'analyse de régression par copules afin d'analyser les meilleurs profils d'adaptation à l'inondation dans quatre groupes de participants : 1. Un groupe formé des gens ayant vécu plus de 15 ans en zone inondable (FPA_15+), 2. Un groupe composé de gens ayant vécu 15 ans ou moins en zone inondable (FPA_15-), 3. Un groupe composé des gens ayant vécu plus de 15 ans en zone périphérique, soit à moins de 150 mètres d'une zone inondable (PERA_15+), et 4. Un groupe composé des gens ayant vécu 15 ans ou moins en zone périphérique (PERA_15-). L'étude a été menée auprès de 2925 participants à l'aide d'entrevues téléphoniques. Les données collectées sont relatives aux caractéristiques sociodémographiques, au sentiment d'appartenance à la communauté locale, à la perception du risque d'inondation, à la sévérité du risque sur la santé physique et mentale et sur les biens, ainsi qu'à la croyance d'habiter dans une zone inondable puis à l'expérience d'inondation. Les prédicteurs de l'adaptation ont été identifiés par l'analyse de régression par copules basée sur le Critère d'Information Bayésien Conditionnel (CBIC). En utilisant ces prédicteurs, les participants ont été regroupés en dix meilleurs profils (un meilleur profil est la combinaison de caractéristiques maximisant l'adaptation à l'inondation). Les meilleurs prédicteurs d'adaptation sont: l'expérience relative à l'inondation dans le groupe FPA_15+, la croyance d'habiter une zone inondable dans le groupe PERA_15+, la perception du risque d'inondation dans le groupe FPA_15- ainsi que dans le groupe PERA_15-. Les dix meilleurs profils ont révélé que les gens maximisent l'adaptation aux inondations même s'il y a des différences au sein et entre les profils. Cette étude pourrait ainsi contribuer à optimiser des interventions ciblées visant à améliorer l'adaptation à l'inondation.