Votre recherche

Dam spillways are susceptible to a range of engineering challenges including structural deficiencies, insufficient discharge capacity, and mechanical failures; however, a particularly significant issue is hydraulic erosion, which poses a significant threat to dam infrastructure. This necessitates a comprehensive assessment of both hydraulic and rock mechanical parameters to ensure structural integrity and operational resilience. In the rock mechanical aspect of hydraulic erosion, the resistive capacity of the material holds great importance, while in the hydraulic aspect, the erosive force of water plays a pivotal role. Hence, neglecting these incidents would increase the risk of overtopping and subsequent downstream flooding, thereby impacting the overall safety and operational reliability of the dam. This study focuses on investigating the hydraulic parameters of a smooth surface unlined open channel spillway. By utilizing both numerical modeling and experimental analysis, we aim to explore how variations in these parameters impact erosion in dams’ spillways. The research centers on the Romaine 4 dam spillway, situated in the northeastern region of Quebec in Canada as a representative case study. The physical model of this spillway was constructed at the Université du Québec à Chicoutimi, where we carried out the experimental analyses. In this research, we also conducted a comprehensive numerical analysis using Finite Volume Method (FVM), enabling a detailed examination of three-dimensional flow behavior within the spillway. This enabled a precise monitoring of the fluid motion patterns. Moreover, an experimental approach was utilized to enhance the accuracy and reliability of the results. This involved conducting detailed tests on the reduced-scale model using a XYZ robotic system capable of movement in X,Y,Z directions and capturing position, velocity and pressure. The results of numerical and experimental analyses reveal that the numerical model effectively captures the overall flow characteristics, closely predicting the average velocity throughout the channel. However, it indicates limitations in accurately predicting extreme velocities, such as maximum and minimum values. The results show that the maximum discrepancies between experimental and numerical data primarily concern extreme velocities, with the numerical model underestimating maximum velocities and overestimating minimum velocities, with errors more pronounced at higher flow rates and upstream. This discrepancy can reach up to 60% in certain areas. Furthermore, the study examined the effects of gates on variability of hydraulic parameters like flow depth and velocity. The analysis of a number of gate configurations revealed that double-gate spillways maintain more consistent flow depths across all significant cross-sections. By explaining the complex interaction between hydraulic behavior and spillway design, this research attempts to advance our understanding of hydraulic-prone erosion areas in dam spillways and ensure the long-term resilience of dam infrastructure. Les évacuateurs de crues des barrages sont sujets à divers défis d'ingénierie, incluant des défaillances structurelles, une capacité d'évacuation insuffisante et des pannes mécaniques; cependant, l'érosion hydraulique constitue une problématique particulièrement importante qui menace l'infrastructure des barrages. Il est donc nécessaire d’évaluer de manière approfondie les paramètres hydrauliques et mécaniques des roches afin d’assurer l’intégrité structurelle et la résilience opérationnelle. Dans l’aspect mécanique des roches concernant l’érosion hydraulique, la capacité de résistance du matériau revêt une grande importance, tandis que dans l’aspect hydraulique, la force érosive de l’eau joue un rôle essentiel. Par conséquent, ignorer ces phénomènes augmenterait le risque de débordement et d’inondation en aval, impactant ainsi la sécurité et la fiabilité opérationnelle globale du barrage. Cette étude se concentre sur l’analyse des paramètres hydrauliques d'un évacuateur de crues à canal ouvert non revêtu et à surface lisse. En utilisant à la fois la modélisation numérique et l’analyse expérimentale, nous visons à explorer comment les variations de ces paramètres influencent l’érosion dans les évacuateurs de crues des barrages. La recherche porte sur l’évacuateur de crues du barrage Romaine 4, situé dans la région nord-est du Québec au Canada, en tant qu’étude de cas représentative. Le modèle physique de cet évacuateur a été construit à l’Université du Québec à Chicoutimi, où nous avons effectué les analyses expérimentales. Dans cette recherche, nous avons également réalisé une analyse numérique complète en utilisant la méthode des volumes finis (FVM), permettant un examen détaillé du comportement tridimensionnel de l’écoulement dans l’évacuateur. Cela a permis un suivi précis des schémas de mouvement du fluide. En outre, une approche expérimentale a été utilisée pour accroître la précision et la fiabilité des résultats, en réalisant des tests détaillés sur le modèle réduit à l’aide d’un système robotisé XYZ qui est capable de se déplacer dans trois directions (X, Y, Z), pour effectuer des prises de mesures de position, vitesse et pression. Les résultats des analyses numériques et expérimentales révèlent que le modèle numérique capture efficacement les caractéristiques générales de l’écoulement, prédisant de manière précise la vitesse moyenne dans le canal. Cependant, il présente des limitations dans la prédiction précise des pression dynamique et statique extrêmes comme les valeurs maximales et minimales. Les résultats montrent que les écarts maximaux entre les données expérimentales et numériques concernent principalement les vitesses extrêmes, le modèle numérique sous-estimant les vitesses maximales et surestimant les minimales, avec des erreurs plus marquées aux débits élevés et en amont. Cet écart peut aller jusqu’aux 60% à certains endroits. Par ailleurs, l’étude a examiné les effets des vannes sur la variabilité des paramètres hydrauliques tels que la profondeur de l’écoulement et la vitesse. L’analyse de plusieurs configurations de vannes a révélé que les évacuateurs à double vanne maintiennent des profondeurs d’écoulement plus constantes à travers toutes les sections transversales significatives. En expliquant l’interaction complexe entre le comportement hydraulique et la conception des évacuateurs de crues, cette recherche vise à améliorer notre compréhension des zones sujettes à l’érosion hydraulique dans les évacuateurs de barrages et à assurer la résilience à long terme de l’infrastructure des barrages.

RÉSUMÉ : Peu d’outils permettent de faire un audit des aléas hydrogéomorphologiques (HGM) auxquels les petits cours d’eau (PCE) sont sujets, pourtant à ces PCE sont associés plusieurs aléas HGM qui compromettent l’intégrité d’enjeux qui y sont exposés. L’objectif du projet vise à appliquer des outils SIG (ExZeco et Geomorphon landform) employés avec un modèle numérique d’élévation à haute résolution, pour l’évaluation préliminaire du risque lié aux aléas HGM des PCE. Cette évaluation préliminaire ne tient pas compte de la probabilité d’occurrence de l’aléa. Elle est plutôt basée sur la position des enjeux par rapport aux aléas HGM simulés sur les cônes alluviaux et les plaines d’inondations. Pour ce faire, quatre bassins versants de la région du Bas-Saint-Laurent ont été identifiés comme sites d’étude. La méthodologie se base dans un premier temps sur l’établissement d’un portrait d’aléa HGM, puis dans un deuxième temps sur la caractérisation de ces aléas en évaluant leur intensité, leur étendue et leur distribution spatiale et finalement, l’évaluation de l’exposition des enjeux vis-à-vis des aléas. Les résultats montrent que des enjeux (parcelle agricole, route, résidences) sont exposés à l’aléa torrentiel sur deux cônes alluviaux cartographiés dans les bassins versants pilotes, et des résidences sont exposées à un débordement probable de cours d’eau. L’analyse du risque a été réalisée avec obstruction probable des ponceaux sur le LiDAR et sans obstruction des ponceaux. L’aléa est de forte intensité dans le risque probable lié aux obstructions, et les enjeux exposés sont notamment les résidences, les routes et des portions de terre agricole. Des témoignages de riverains ont permis de valider l’intensité des aléas prédits par ExZeco. -- Mot(s) clé(s) en français : Aléa HGM, Évaluation préliminaire, cône alluvial, plaine d’inondation, LiDAR. -- ABSTRACT : Few tools are available for auditing the hydrogeomorphic hazards (HGM) to which small watercourses (PCE) are subject, yet these PCE are associated with several HGM hazards that compromise the integrity of issues exposed to them. The aim of the project is to apply GIS tools (ExZeco and Geomorphon landform) used in conjunction with a high-resolution digital elevation model, for the preliminary assessment of the risk associated with HGM hazards in PCE. This is an assessment based solely on the position of issues in relation to the HGM hazards to which alluvial fans and floodplains are subject. To this end, four watersheds in the Lower St. Lawrence region were identified as study sites. The methodology is based firstly on the establishment of a HGM hazard profile, then on the characterization of these hazards by assessing their intensity, extent and spatial distribution, and finally on the assessment of the level of exposure of issues to these hazards. The results show that issues (agricultural plots, roads, residences) are exposed to torrential hazards on two alluvial fans mapped in the pilot watersheds, and residences are exposed to probable river overflow. The risk analysis was carried out with probable culvert obstructions on the LiDAR and without culvert obstructions. The probable risk associated with obstructions is of high intensity, and the stakes exposed include residences, roads and portions of agricultural land. Testimonials from residents validated the intensity of the hazards predicted by ExZeco. -- Mot(s) clé(s) en anglais : HGM Hazard, Preliminary Assessment, Alluvial Fan, Floodplain, LiDAR.

Les ponceaux en béton armé sont l’un des éléments clés de la construction des autoroutes, facilitant le passage de l’eau et des eaux de drainage sous les routes et les voies ferrées. La structure des ponceaux joue également un rôle essentiel dans la gestion des risques d’inondation en tant qu’outil intégral de prévention des inondations qui protège les villes et les vies humaines. Les ponceaux sont soumis à des expositions agressives; l’eau qui coule et le sol environnant représentent un environnement difficile pour la structure du ponceau. L’eau peut contenir des acides, des déchets industriels, des produits chimiques et des chlorures. De plus, dans des régions comme l’Amérique du Nord, l’utilisation de sels de déglaçage accélère la corrosion de l’armature en acier. Cette étude a porté sur le comportement structurel et les performances de seize ponceaux rectangulaires en béton en vraie grandeur soumis à des charges concentrées verticales. Treize spécimens avaient une travée de 1500 mm, une flèche de 1500 mm, une épaisseur de dalle de 150 mm et une épaisseur de paroi de 150 mm. Les trois autres spécimens avaient une travée de 1800 mm, une flèche de 1500 mm et une épaisseur de dalle et de mur de 180 mm. Tous les ponceaux rectangulaires avaient des arêtiers aux raccordements entre les dalles et les murs, qui avaient les mêmes dimensions que les murs latéraux. La longueur du joint était de 1219 mm pour tous les spécimens et la couverture de béton a été maintenue constante à 25 mm. Les paramètres examinés étaient le ratio de renforcement longitudinal-FRP (0,83 %, 1,25 % et 1,67 %), le matériau de renforcement (PRFV, PRFB et acier), l’emplacement de la charge concentrée, la résistance à la compression du béton, le matériau d’assise de l’essai et l’effet de taille. Les résultats des essais ont été analysés en termes de résistance au cisaillement dans les deux directions, de mode de défaillance, de fléchissement de la dalle supérieure, de déplacement latéral des parois latérales et de déformations du béton et des armatures. L’effet de chaque paramètre sur le comportement a été évalué et discuté. Une étude théorique a été menée pour modifier l’équation de l’action du cisaillement bidirectionnel de la norme CAN/CSA S6:19 afin de prendre en compte les caractéristiques du matériau de renforcement PRF. L’équation modifiée a montré de bonnes prédictions de la capacité du cisaillement bidirectionnel expérimental des ponceaux en béton testés. En outre, une autre approche théorique a été menée de manière innovante pour proposerune nouvelle formule permettant de prédire avec précision la capacité de cisaillement dans les deux directions de la dalle supérieure des ponceaux rectangulaires en béton renforcés par des PRF. La formule proposée a montré d’excellentes prédictions de la capacité de cisaillement expérimentale dans les deux directions. En outre, la formule proposée a été développée pour prédire la capacité de cisaillement dans les deux directions des dalles en béton renforcé par des PRFV avec retenue des bords, représentant les dalles de pont en béton renforcé par des PRFV. Les analyses théoriques ont été soutenues par un modèle de régression linéaire et évaluées par des moyens statistiques.

Dans le bassin-versant de la rivière Chaudière, les inondations sont partie intégrante de la réalité territoriale. En effet, de nombreuses études ont été réalisées dans les dernières années concernant les inondations en eau libre et par embâcle. Néanmoins, on observe que les inondations torrentielles, ou crues torrentielles, bien qu’omniprésentes dans la région, sont très peu documentées à ce jour. Le présent mémoire s’intéresse à la dynamique spatio-temporelle de ces évènements et aux facteurs aggravants présents sur le territoire qui tendent à amplifier le phénomène. Par une double approche qualitative et quantitative, qui combine une recension historique, la caractérisation des sous-bassins-versants et la modélisation des facteurs de vulnérabilité environnementale, nous avons dressé un premier portrait de l’aléa torrentiel à l’échelle du bassin-versant de la rivière Chaudière. Ainsi, nous avons pu répertorier 53 évènements à caractère torrentiel pour la période de 1900 à aujourd’hui. La collecte des informations liées aux crues torrentielles, soit les facteurs météorologiques, anthropiques et géomorphologiques ont permis d’établir des constats généraux quant à l’occurrence de celles-ci. L’occurrence des évènements à caractère torrentiel semble premièrement liée aux passages d’évènements météorologiques extrêmes. Les facteurs aggravants consistent en un aménagement du territoire qui accroît le ruissellement (augmentation des surfaces minéralisées et diminution des forêts, prairies et milieux humides) et une disposition géomorphologique des tributaires (forte pente et compacité) qui provoque une amplification du ruissellement lors de fortes précipitations. L’analyse multicritère repose sur l’addition d’indices amplifiant le ruissellement lors de fortes précipitations (pente, occupation du sol et potentiel de ruissellement). La comparaison entre les sous-bassins-versants présentant les valeurs les plus élevées et ceux ayant connu le plus d'événements d'inondation selon la recension historique a démontré la pertinence de cette méthode pour identifier, de manière préliminaire, les sous-bassins-versants potentiellement vulnérables à l’aléa torrentiel. Cette étude se veut donc un premier jalon dans l’acquisition de connaissances sur la dynamique torrentielle dans le bassin-versant de la rivière Chaudière. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : inondation, torrents, crues torrentielles, pluies torrentielles, aléas torrentiels, bassin-versant de la rivière Chaudière, facteurs aggravants, conditions hydrométéorologiques

RÉSUMÉ : Les relocalisations de populations et les démolitions de bâtiments sont des moyens pour réduire les risques associés aux inondations, dont ceux pour la santé humaine. Au Québec, l’usage de ces mesures pourrait s’accroître avec les changements climatiques. En Chaudière-Appalaches, au moins 404 bâtiments ont été démolis à Sainte-Marie et 88 à Scott après les inondations de 2019. L’expérience de démolition de domiciles post-inondation est toutefois peu documentée au Québec et encore moins selon le point de vue des personnes touchées, particulièrement chez les hommes. Ce mémoire présente les résultats d’une étude ayant documenté cette expérience auprès de treize hommes propriétaires d’un domicile dans la MRC Nouvelle-Beauce à partir d'entretiens semi-dirigés (méthode photo-élicitation) et d’un groupe de discussion. Cette étude repose sur l’expérience clinique de l’étudiante-chercheuse qui a constaté la présence de détresse chez la population masculine touchée par ce phénomène et sur la littérature scientifique qui démontre une plus faible propension à l’usage de services psychosociaux et de santé chez les hommes. À partir d’une analyse thématique inspirée du cadre théorique « Psychological Processes That Influence Adaptation to and Coping With Climate Change » de Reser et Swim et d’une perspective écosystémique, quatre nouvelles phases ont été dégagées soient : l’inondation, les démarches administratives, la démolition et la relocalisation. Chacune est caractérisée par des besoins et des impacts psychosociaux systémiques, l’usage de stratégies adaptatives spécifiques et des moments critiques pour la santé et le bien-être des hommes. Les résultats suggèrent que des impacts et besoins individuels et collectifs peuvent se cumuler et se prolonger dans le temps comme des manifestations anxio-dépressives ou traumatiques, de la détresse, une désaffiliation sociale ainsi qu’une modification de projets de vie. Une réduction de l’exposition aux inondations et une augmentation du bien-être et de la sécurité ressortent également. La proactivité, les pensées axées sur l’autonomie et le recours au soutien informel sont apparues comme des stratégies aidantes comparativement au repli sur soi et au surinvestissement dans le travail. Les résultats permettent d’exposer des pistes de réflexion et d’action favorisant le bien-être des hommes et d’autres pertinentes pour le travail social. Parmi celles-ci se trouvent d’encourager les hommes touchés par la démolition de leur domicile post-inondation à s’investir dans leur nouveau milieu de vie pour favoriser son appropriation et sa personnalisation ainsi que des recommandations pour le travail social de prendre en compte le genre dans la compréhension des problèmes socioenvironnementaux. -- Mot(s) clé(s) en français : Inondation, chez-soi, hommes, changements climatiques, travail social, désastre, besoins psychosociaux, adaptation, mesures d’atténuation du risque, événements météorologiques extrêmes. -- ABSTRACT : Population relocation and building demolition are ways of reducing the risks associated with flooding, including those to human health. In Quebec, the use of these measures could increase with climate change. In Chaudière-Appalaches, at least 404 buildings were demolished in Sainte-Marie and 88 in Scott after the 2019 floods. However, the experience of post-flood home demolition is poorly documented in Quebec, and even less so from the perspective of those affected, specifically men. This memoir presents the results of a study that documented this experience with thirteen male homeowners in the Nouvelle-Beauce MRC using semi-directed interviews (photo-elicitation method) and a focus group. This study is based on the student-researcher's clinical experience of distress among the male population affected by this phenomenon, and on scientific literature demonstrating a lower propensity to use psychosocial and health services among men. Based on a thematic analysis inspired by the Reser and Swim’s theoretical framework, the Psychological Processes That Influence Adaptation to and Coping With Climate Change, and an ecosystem perspective, four new phases were identified: flooding, administrative procedures, demolition and relocation. Each is characterized by systemic psychosocial needs and impacts, the use of specific adaptive strategies and critical moments for men's health and well-being. The results suggest that individual and collective needs and impacts can accumulate and extend over time, such as anxio-depressive or traumatic manifestations, distress, social disaffiliation and changes in life plans. A reduction in exposure to flooding and an increase in well-being and safety also stand out. Proactivity, autonomy-oriented thinking and reliance on informal support emerged as helpful strategies compared to withdrawal and over-investment in work. The results provide food for thought and action to promote men's well-being, and others relevant to social work. These include encouraging men affected by the demolition of their post-flood home to get involved in their new living environment to promote its appropriation and personalization and taking gender into account in understanding socioenvironmental problems. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Flooding, home, men, climate change, social work, disaster, psychosocial needs, adaptation, risk mitigation measures, extreme weather events.