Centre / Eau Terre Environnement
Doctorat en sciences de l'eau3461
Alain Mailhot, professeur-chercheur au Centre - Eau, Terre et Environnement
Philosophiae doctor, Ph.D.
La compréhension des problèmes des ressources en eau et des milieux aquatiques nécessite l'apport de plusieurs disciplines scientifiques et leur résolution demande une approche multidisciplinaire réelle et intégrale. Le programme de doctorat en sciences de l'eau vise à former des chercheurs spécialisés capables de cerner et résoudre ces problèmes, et de répondre ainsi aux besoins sociaux qui se manifestent dans ce secteur. Il permet à l'étudiant d'élargir et d'approfondir ses connaissances dans le domaine de l'eau tout en lui permettant de se spécialiser dans un des champs d'études qui y sont reliés.
Être titulaire d'une maîtrise, ou l'équivalent, en sciences de l'eau ou dans tout autre discipline ou domaine pertinents des sciences pures ou appliquées; ou être
titulaire d'un grade de bachelier, ou l'équivalent, et posséder les connaissances requises et une formation appropriée. De plus, il doit y avoir adéquation entre la
formation antérieure du candidat et celle requise pour entreprendre des études dans le programme d'enseignement visé.
Le candidat doit démontrer que ses orientations de recherche sont conformes aux objectifs des programmes de recherche qui supportent le programme d'enseignement visé.
Le candidat doit posséder un dossier académique de haute qualité, dont de très bons résultats scolaires d'au moins 3,2 (sur 4,3) ou l'équivalent.
Le candidat doit démontrer sa capacité à réaliser des recherches de qualité.
Le candidat doit avoir choisi un directeur de recherche et obtenu l'acceptation motivée de celui-ci.
Tout candidat doit avoir une connaissance suffisante de la langue française parlée et écrite.
La liste des activités disponibles pour l'année est publiée en juin. De plus, un minimum d'étudiants est exigé pour qu'une activité soit offerte.
Douze crédits parmi les activités des séries 200, 400, 500 et 900. À cette fin, les cours des programmes en science de la terre dont les sigles commencent par GEO et GLG
sont considérés comme faisant partie de la série 400.
L'étudiant doit s'inscrire à six crédits de cours en dehors de sa discipline de base.
Travaux dirigés (quatre crédits) :
L'étudiant au doctorat doit réaliser une activité de recherche dirigée par un professeur du Centre autre que son directeur ou codirecteur de recherche doctorale. Cette activité doit être totalement distincte de son sujet de recherche principal et son domaine doit être en dehors du domaine de celle-ci. Cette activité a pour objectif principal l'ouverture du chercheur à une recherche multipisciplinaire.
Séminaires (deux crédits) :
Présence et participation à des séminaires et conférences portant sur les divers domaines de recherche du Centre.
Présentation d'un séminaire de recherche portant sur des résultats obtenus par l'étudiant dans le cadre d'un travail dirigé. Ce séminaire ne peut être jumelé à aucune autre activité.
Examen doctoral (six crédits) :
L'examen doctoral a lieu au plus tard durant le sixième trimestre du programme de doctorat. L'inscription à cette activité a lieu au début du trimestre visée.
L'examen doctoral permet de vérifier si le projet de recherche de l'étudiant a été suffisamment bien défini et si l'étudiant a la préparation suffisante pour mener à bien son projet. Cet examen conduit à des recommandations susceptibles de favoriser la progression des travaux. L'étudiant doit présenter par écrit et défendre oralement devant jury, au plus tard avant la fin du 5e trimestre, sa problématique et sa méthodologie de recherche.
Thèse (soixante-six crédits)
Chaque étudiant est tenu de rédiger une thèse qui démontre l'aptitude de l'auteur à mener à bien une recherche scientifique originale.
L’étudiant est tenu de se consacrer à plein temps à son programme d’études durant les huit trimestres consécutifs à sa première inscription.
Série 200
Source du droit de l'eau. Outils de référence et règles d'administration. Lois canadiennes touchant les ressources en eau et la protection de l'environnement. Lois québécoises sur la qualité de l'environnement, la protection du territoire agricole et les réserves écologiques. Études de cas.
Politique publique, bien public, production publique. Choix des politiques publiques. Problèmes, politiques et administration publique de l'eau : niveaux fédéral et provincial. Contrôle de la pollution : théorie économique et instruments. Administration du risque et de la sécurité environnementale.
Échantillonnage. Paramètres d'une population; type d'échantillonnage; aléatoire simple, stratifié, proportionnel, réparation optimale, information d'une variable supplémentaire; autocorrélation temporelle et spatiale. Suivi temporel. Séries de temps. Séries aléatoires, périodicités, tendances. Séries stationnaires et non stationnaires; définition de la dépendance linéaire, autocorrélation. Séries de Markov d'ordres un et deux; analyses de structures de persistance. Approche de Box et Jenkins, fonctions de transfert. Notion de contenu en information pour l'optimisation de l'échantillonnage temporel. Application à des données environnementales.
Série 400
Chimie environnementale. Thermodynamique des équilibres chimiques. Équilibres dans les eaux naturelles : acides-bases; CO2 dissous; précipitation-dissolution; oxydoréduction; complexation. Facteurs qui influencent la composition minérale des eaux. Phénomène à l'interface solide-solution. Origine des charges de surface; modèles des colloïdes. Équilibres d'adsorption; modèles d'adsorption sur les oxydes métalliques; évidences in situ modèles basés sur les équilibres chimiques. Règle des phases et ses applications aux modèles d'équilibre. Construction d'un modèle pour calculer la spéciation en solution. Applications aux eaux naturelles.
Rôle écologique des neiges et dynamique des écosystèmes. Formation de la neige. Évolution de la neige au sol : métamorphisme, interaction neige-atmosphère et neige-végétation. Fonte des neiges: processus physicochimiques et microbiologiques, interaction neige-sol et ruissellement de surface. Études in situ.
Chimie des eaux naturelles. Pédogéochimie. Composition de l'eau souterraine. Sources et types de contaminants. Caractéristiques des contaminants. Processus d'atténuation dans le sol : rétention et mobilité, transformation et persistance. Facteurs du milieu régissant l'atténuation. Suivi de la contamination et analyse. Réhabilitation de nappe d'eau contaminée. Biorestauration de sols contaminés. Études de cas.
Bases écotoxicologiques. Cycles biogéochimiques. Transformation de substances toxiques dans le milieu récepteur et in vivo. Bioaccumulation. Toxicité. Mécanismes de détoxification. Approche classique de la toxicologie aquatique par bioessais. Répercussions des substances toxiques sur l'écosystème aquatique. Biomarqueurs, indicateurs biochimiques et indices biotiques.
Substances toxiques inorganiques; radionucléides. Sources naturelles et anthropiques. Cycles géochimiques. Spéciations physique et chimique des métaux toxiques. Biodisponibilité, influence de la spéciation. Bioaccumulation, processus et dynamique; transfert trophique. Toxicité, effets toxiques à différents niveaux : cellule; organisme; population; communauté. Exemples. Études de cas.
Substances toxiques organiques. Sources diffuses et ponctuelles. Propriétés importantes des substances toxiques organiques, physiques; chimiques; biologiques. Transport et atténuation, mouvement, dispersion dans l'environnement; réactions d'adsorption-désorption. Persistance, voies de transformation; cinétique des transformations. Modèles de distribution et de transfert.
Traitements physico-chimiques des eaux de consommation. Notions de suspension colloïdale, de coagulation et floculation et de filtration.Techniques de chloration, d'ozonation et d'adsorption sur solides actifs. Relations de solubilité- pH et problèmes de corrosion. Procédés d'échangeionique appliqués à l'adoucissement et au dessalement. Notions depression osmotique et de filtration membranaire.
Notions de base en biologie des poissons. Diversité et distribution au Québec. Communautés, habitats et nourriture. Méthodes d'échantillonnageet cueillettes de données. Principes et méthodes d'aménagement piscicole.Considérations socioéconomiques. Gestion et restauration des habitats. Indicateurs biologiques des stress. Impacts des perturbationsenvironnementales. Modèles d'habitats piscicoles, débits réservés.
Fonctionnement des communautés planctoniques lacustres. Rôle de la boucle microbienne dans le transfert de la matière à travers la chaîne trophique. Méthodes d'échantillonnage et de qualification. Simulation du développement temporel des communautés planctoniques à l'aide de modèle à compartiments.
Rôle des organismes planctoniques dans la surveillance des lacs. Organismes planctoniques bioindicateurs des conditions trophiques normales et altérées. Influence
de l'acidification et de l'apport en métaux traces sur les communautés planctoniques. Relations entre les taxons et la qualité physicochimique de l'eau.
Préalable(s) : EAU302 Échantillonnage et suivi environnemental (2 cr.).
L'objectif de ce cours est de familiariser les étudiants avec la modélisation mathématique "simple" des processus géochimiques et biologiques,dans le but de leur ouvrir les portes de la littérature spécialisée dans la modélisation. Nous étudierons le comportement des solutions de l'équation de transport- diffusion à partir d'exemples des domaines de la géochimie et de la biologie, en insistant sur l'interprétation des solutions plutôt que sur les méthodes de solutions.
Introduction à la notion d'analyse de système appliquée à la ressource eau. Théorie des modèles : démarche de la modélisation et principes pour l'étude et l'utilisation des modèles. Optimisation : méthodes du calcul différentiel; méthodes de pas à pas. Analyse de décision : modèle de décision, fonction d'utilité, information nouvelle, valeur de l'information.
Historique et évolution. Le rayonnement électromagnétique et son interaction avec la surface et l'atmosphère. Les capteurs, de la caméra photographique au radiomètre imageur en passant par le radar. Les plates-formes aériennes et spatiales (LANDSAT, SPOT, TIROS-N, MOS, ERS-1).
Introduction aux méthodes d'analyse numérique des données en télédétection : corrections radiométriques, corrections géométriques, classification, segmentation, amélioration des images en vue de leur interprétation, analyse de texture (aspects théoriques et exercices pratiques en laboratoire).
L’objectif du cours est de familiariser l’étudiant avec la paléolimnologie, ses techniques et ses applications pour les reconstructions paléoclimatiques, paléoenvironnementales, et les études d’impacts (acidification, pollution, eutrophisation, etc.). Diverses techniques analytiques, dont les propriétés physiques des sédiments, seront abordées. Une sortie sur le terrain permettra aussi à l’étudiant de se familiariser avec les techniques d’échosondage et de carottage en milieu lacustre.
Réglementation et instruments économiques. Formulation et adoption des lois et règlements. Doctrine juridique dans le secteur de l'eau et de l'environnement. Comparaison avec le reste du Canada, les États-Unis et l'Europe. Principe pollueur-payeur. Redevances et permis de pollution. Études de cas.
Analyse des politiques publiques. Évaluation monétaire des politiques environnementales. Effets des normes environnementales sur la : cas de l'industrie minière. Efficacité des politiques de contrôle de la pollution : cas de la pollution agricole. Conservation des ressources halieutiques intérieures.
Équations de Saint- Venant (hydrodynamique fluviale), intégration temporelle et spatiale, modèles bidimensionnels; sollicitations et conditions limites; solution numérique. Aspects bi- et tridimensionnels : application au fleuve Saint- Laurent. Équations de transport-diffusion de contaminants. Modèles d'habitats piscicoles (débits réservés écologiques). Modèles d'analyse de risque d'inondations. Brève présentation des logiciels du groupe MODELEUR.
Méthodes descriptives multivariées : Modèle général, analyse en composantes principales, analyse des correspondances, classification hiérarchique/non hiérarchique.
Méthodes de prévision : Régression multiple classique, avec et sans contraintes, méthode Ridge, régression sur les facteurs, régression non- linéaire multiple, méthode
pas-à-pas, hypothèses d'utilisation. Méthodes d'analyses de variance : analyse des unités expérimentales, plans simples, plans complexes, plans imbriqués, plans
multivariés, analyse de covariance, analyses de contrastes et test post hoc, hypothèses d'utilisation. Exemples d'application (Statistica. ADDAD).
Pré-requis : EAU103 Mathématiques appliquées (3 cr.)
Présentation de différentes biotechnologies environnementales.Biotechnologies appliquées au traitement des boues et biosolides. Biodégradation des hydrocarbures et des composés organiques toxiques. Biotechnologies appliquées à l'extraction et à la récupération des métaux. Biotransformation de déchets en produits à valeur ajoutée. Biotraitement de l'air et des gaz. Compostage, etc.
Description des principaux cycles biogéochimiques. Étude de l'altération de ces cycles. Notions de chimie atmosphérique et de chimie des précipitations. Étude de cas.
Principales facettes de la gestion intégrée par bassin versant. Fondements d'une telle approche. Problématiques auquel elle entend s'attarder. Étapes présidant à ce type
de gestion, exemples. Utilisation efficace de divers outils informatiques (Système d'Information Géographique, Système de gestion de base de données, etc.). Rôle de la
modélisation et des systèmes d'aide à la décision, exemples de problématiques liés à la gestion de la ressource.
Présentation du système GIBSI (Gestion Intégrée de la ressource eau à l'aide d'un Système Informatisé). Simulation utilisant GIBSI. Examen et discussion
d'exemples de scénarios d'aménagement.
Survol des notions théoriques de base ainsi que des principales techniques employées pour l'épuration des eaux usées municipales et industrielles, ainsi que pour le traitement et la gestion des boues résiduaires. Techniques de pré-traitement, de traitement physico-chimique, ainsi que d'épuration biologique. Initiation aux méthodes d'analyse physico-chimiques et d'examens microbiologiques courants en assainissement des eaux.
L'objectif de ce cours est de présenter les principes de base de l'océanographie physique d'une façon descriptive. Nous présenterons les propriétés physiques du milieu marin ainsi que les mécanismes contrôlant leurs variations spatiales et temporelles. Par la suite, nous étudierons les différents types de mouvement qui sont observés dans les océans et les estuaires.
L'objectif de ce cours est d'initier les étudiants à la dynamique des fluides et à son application aux écoulements géophysiques à grande échelle. Nous nous concentrerons sur cette partie de l'océanographie physique dite dynamique. Nous étudierons les mécanismes contrôlant la circulation océanique moyenne de grande échelle en insistant sur l'influence des vents, de la rotation de la Terre, de la friction et de la stratification. Nous étudierons brièvement les différents types de mouvements ondulatoires océaniques: les ondes de surface, les ondes internes et planétaires.
L'objectif de ce cours est de présenter les principes des tests statistiques et de l'analyse fréquentielle appliquée aux sciences de l'eau et à l'environnement. Rappels statistiques. Principes d'un test statistique. Principaux tests paramétriques et non paramétriques. Principes de l'analyse fréquentielle. Conditions d'application d'un modèle fréquentiel. Introduction aux lois des valeurs extrêmes (crues, étiages). Ajustement du modèle fréquentiel. Contrôle et comparaison de l'ajustement. Choix du modèle fréquentiel. Évaluation des incertitudes associées à l'estimation. Exploitation du modèle fréquentiel: données historiques.
Variabilité spatiale en présence de persistance; analogie avec la structure temporelle en séries chronologiques. Dépendance et contenu en information. Outils : variogramme, interpolation spatiale (distance inverse, polynomiale, optimale de Gandin, facettes planes, moyennes pondérées, polygones de Tiessen); présentation mathématique, Krigeage. Applications spécifiques : détermination des erreurs d'échantillonnage, comment traiter avec des variogrammes difficiles, application de méthodes de corrections; planification d'échantillonnage spatial.
État de l'eau dans les matériaux géologiques. Propriétés des matériaux aquifères. Typologie des systèmes hydrogéologiques. Chimie naturelle des eaux souterraines. Écoulements souterrains. Hydraulique des captages. Prospection et exploitation des ressources d'eau souterraine.
Série 900
L'étudiant au doctorat peut réaliser une seconde activité de recherche dirigée par un professeur du Centre autre que son directeur ou codirecteur de recherche doctorale. Cette activité doit être totalement distincte de son sujet de recherche principal et ne peut être intégrée en tout ou en partie à la réalisation de sa thèse. Cette activité a pour objectif principal l'ouverture du chercheur à une recherche multidisciplinaire.
Ce cours est à contenu ouvert. Il permet à l'étudiant d'acquérir un complément de formation non prévu dans les autres cours, comme par exemple dans le cadre d'une lecture dirigée. Des cours spéciaux peuvent par ailleurs être offerts de façon formelle par le programme de manière à refléter des besoins ponctuels de formation spécifique.
Ce cours est à contenu ouvert. Il permet à l'étudiant d'acquérir un complément de formation non prévu dans les autres cours, comme par exemple dans le cadre d'une lecture dirigée. Des cours spéciaux peuvent par ailleurs être offerts de façon formelle par le programme de manière à refléter des besoins ponctuels de formation spécifique.
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Ce cours est à contenu ouvert. Il permet à l'étudiant d'acquérir un complément de formation non prévu dans les autres cours, comme par exemple dans le cadre d'une lecture dirigée. Des cours spéciaux peuvent par ailleurs être offerts de façon formelle par le programme de manière à refléter des besoins ponctuels de formation spécifique.
Ce cours est à contenu ouvert. Il permet à l'étudiant d'acquérir un complément de formation non prévu dans les autres cours, comme par exemple dans le cadre d'une lecture dirigée. Des cours spéciaux peuvent par ailleurs être offerts de façon formelle par le programme de manière à refléter des besoins ponctuels de formation spécifique.
Ce cours est à contenu ouvert. Il permet à l'étudiant d'acquérir un complément de formation non prévu dans les autres cours, comme par exemple dans le cadre d'une lecture dirigée. Des cours spéciaux peuvent par ailleurs être offerts de façon formelle par le programme de manière à refléter des besoins ponctuels de formation spécifique.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Selon le cours.
Note
Pour les fins d'inscription et de paiement des frais de scolarité, ce programme est rangé dans la classe B.
Note
Lors de sa demande d'admission, le candidat devra soumettre un texte d'environ deux pages démontrant sa motivation de recherche et l'adéquation entre son cheminement antérieur et
le domaine de recherche dans lequel il entend réaliser sa thèse ainsi que ses capacités à réaliser des recherches de qualité; des cours d'appoint pourront, dans certains cas, être
imposés aux étudiants dont la formation antérieure dans le domaine des sciences de l'eau est jugée insuffisante.
L'INRS admet de nouveaux étudiants à ce programme en vue d'une première inscription à l'un ou l'autre des trois trimestres.
Ce programme de recherche comporte quatre-vingt-dix crédits. Ce programme accepte les étudiants selon les deux régimes d'études, soit le temps complet ou le temps partiel.