High-dimensional sequence transduction

We investigate the problem of transforming an input sequence into a high-dimensional output sequence in order to transcribe polyphonic audio music into symbolic notation. We introduce a probabilistic model based on a recurrent neural network that is able to learn realistic output distributions given the input and we devise an efficient algorithm to search for the global mode of that distribution. The resulting method produces musically plausible transcriptions even under high levels of noise and drastically outperforms previous state-of-the-art approaches on five datasets of synthesized sounds and real recordings, approximately halving the test error rate

Exploration de concepts de groupes motopropulseurs hybrides pour des opérations de taxi d’avions de transport régional

Les émissions de CO2 du transport aérien se chiffrent à 12% des émissions associées au transport en général. En considérant une croissance annuelle de 3.9% pour le transport aérien, de nombreux efforts sont requis pour diminuer l’impact environmental du secteur aéronautique. Une stratégie employée consiste en l’utilisation de batteries Li-ion et de groupes motopropulseurs électriques pour mouvoir les aéronefs. Cependant, malgré une meilleure efficacité de la chaîne de traction, la faible énergie spécifique des batteries limite la portée et la charge utile des avions électriques comparativement aux avions conventionnels. Similaire au secteur automobile, l’aviation hybride propose une solution de transition en combinant une turbine à gaz conventionnelle à un groupe motopropulseur électrique. L’aviation régionale, et plus précisément les turbopropulseurs, représentent d’excellents candidats pour maximiser les bénéfices d’une architecture hybride. En effet, avec ses courts vols, les turbopropulseurs utilisent rarement la turbine à son meilleur point d’efficacité et la faible énergie spécifique des batteries Li-ion est moins contraignante pour de courtes missions. Dans le cadre du projet HEPOS, un avion turbopropulseur similaire à un ATR- 42 a été sélectionné pour évaluer le potentiel de réduction de carburant d’une architecture hybride-parallèle avec Pratt & Whitney Canada et l’Université Laval. Les phases de taxi, périodes où la turbine est opérée à faible puissance, représente jusqu’à 5% du carburant d’une mission de 250 nm dû à une consommation élevée au ralenti. Ce mémoire investigue deux architectures électriques pour pallier cette inefficacité : une motorisation électrique au niveau de l’hélice et une motorisation électrique au niveau du train d’atterissage principal. Ces architectures sont simulées à partir de profils de taxi dynamiques afin de saisir l’impact des requis d’accélération sur la puissance requise, et donc la taille du système de taxi. Pour un même segment de taxi-out, il est démontré que l’architecture avec motorisation à l’hélice requiert 4 fois plus d’énergie et 3.3 fois plus de puissance que l’architecture avec motorisation au train d’atterissage principal. Comparée à l’avion de base, une réduction de consommation de carburant de 68.8 kg peut être obtenue en acceptant une pénalité de masse de 154.1 kg associée à l’architecture avec motorisation au train d’atterissage principal. Lorsque cette architecture est intégrée dans un environnement d’optimisation, des réduction de carburant de 4% à 4.5% sont obtenus pour une mission de 270 nm avec des charges utiles de 12500 lb à 7500 lb respectivement. Cette architecture semble donc prometteuse pour obtenir des réductions de consommation avec la technologie d’aujourd’hui, et ce de façon indifférente à la charge utile de l’appareil

Interplay of dust alignment, grain growth and magnetic fields in polarization: lessons from the emission-to-extinction ratio

Polarized extinction and emission from dust in the interstellar medium (ISM) are hard to interpret, as they have a complex dependence on dust optical properties, grain alignment and magnetic field orientation. This is particularly true in molecular clouds. The data available today are not yet used to their full potential. The combination of emission and extinction, in particular, provides information not available from either of them alone. We combine data from the scientific literature on polarized dust extinction with Planck data on polarized emission and we use them to constrain the possible variations in dust and environmental conditions inside molecular clouds, and especially translucent lines of sight, taking into account magnetic field orientation. We focus on the dependence between \lambda_max -- the wavelength of maximum polarization in extinction -- and other observables such as the extinction polarization, the emission polarization and the ratio of the two. We set out to reproduce these correlations using Monte-Carlo simulations where the relevant quantities in a dust model -- grain alignment, size distribution and magnetic field orientation -- vary to mimic the diverse conditions expected inside molecular clouds. None of the quantities chosen can explain the observational data on its own: the best results are obtained when all quantities vary significantly across and within clouds. However, some of the data -- most notably the stars with low emission-to-extinction polarization ratio -- are not reproduced by our simulation. Our results suggest not only that dust evolution is necessary to explain polarization in molecular clouds, but that a simple change in size distribution is not sufficient to explain the data, and point the way for future and more sophisticated models

Évaluation de la performance de recouvrements miniers pour contrôler le drainage minier acide en climat arctique

Résume En présence de conditions froides et de pergélisol, les mécanismes de génération du drainage minier acide (DMA) dans les rejets miniers sont ralentis par les basses températures. La présence de conditions froides (eau gelée) contribue aussi à limiter le transport des contaminants dans l’environnement. Cependant, malgré ce constat, du drainage minier acide peut être généré en conditions froides durant la période de dégel d’où la nécessité de restaurer ces sites. Plusieurs types de recouvrements existent pour limiter la génération de DMA par les résidus miniers contenus dans les parcs à résidus miniers dans l’Arctique, notamment le recouvrement isolant. Le recouvrement isolant utilise favorablement les conditions climatiques de l’Arctique afin de limiter l’oxydation des sulfures en intégrant les résidus miniers au pergélisol et en contrôlant leur température. Pour être performant, le recouvrement isolant doit maintenir les résidus miniers sous une température à partir de laquelle l’oxydation des résidus miniers est négligeable. Puisque le recouvrement isolant ne vise qu’à contrôler la température des résidus miniers, sa performance à long terme peut être source d’incertitude. La performance des recouvrements isolants doit donc être démontrée pour chaque site minier en fonction des projections climatiques anticipées. La couverture isolante avec effets de barrière capillaire (CIEBC) présente une approche alternative aux recouvrements isolants qui pourrait s’avérer plus robuste dans un contexte de changements climatiques. Ce type de recouvrement se base sur les propriétés isolantes du recouvrement pour réduire la période où les résidus miniers sont au-dessus de la température cible de réactivité et sur les propriétés hydrogéologiques des matériaux afin de favoriser de hauts degrés de saturation dans une couche du recouvrement (couche de rétention d’eau) pour limiter les flux d’oxygène disponibles pour les réactions d’oxydation lorsque la température cible n’est plus atteinte. Même si théoriquement l’approche semble intéressante, plusieurs aspects liés à la performance de la CIEBC doivent être validés avant l’application à grande échelle. Ces aspects incluent notamment les effets du temps sur les propriétés des matériaux et leur capacité à atteindre la performance réelle lorsqu’exposé aux conditions in situ. Dans ce contexte, la présente étude vise à évaluer l’efficacité à court et long termes de différentes configurations de recouvrements construits à la mine Meadowbank pour limiter l’oxydation des sulfures. Les configurations de recouvrements testées comprennent des recouvrements isolants de 2 et 4 m d’épaisseur faits en stériles miniers non potentiellement générateurs d’acidité (NPAG) et d’une CIEBC de 2 m faite d’un bris capillaire et d’une couche de protection de stériles NPAG lâches et d’une couche de rétention d’eau de stériles NPAG compactés. Plus spécifiquement, ce projet de recherche vise à déterminer au laboratoire les principales propriétés thermo-hydro-géotechniques des matériaux de recouvrement et des résidus miniers, évaluer la performance des différentes configurations de recouvrement à partir de données obtenues au laboratoire et par le biais de cellules expérimentales de terrain, évaluer au laboratoire la durabilité des matériaux de recouvrement face aux cycles de gel-dégel et de mouillage-séchage, analyser à l’aide d’outils numériques le comportement thermique des recouvrements isolants à long terme et à développer une approche de conception généralisée des recouvrements isolants. Les travaux de caractérisation des matériaux montrent que les stériles lâches et compactés ont des propriétés hydrogéologiques adéquates pour être utilisés comme matériaux de couches de bris capillaire et de rétention d’eau, respectivement. Une différence de conductivité hydraulique saturée de quatre ordres de grandeur est observée entre les deux matériaux (1 × 10-1 versus 1 × 10-5 cm/s) et la succion résiduelle (125 cm d’eau) des stériles lâches est atteinte avant la valeur d’entrée d’air des stériles compactés (250 – 300 cm d’eau). Les essais de diffusion de l’oxygène réalisés sur les stériles compactés démontrent que les stériles compactés adoptent un comportement coefficient de diffusion de l’oxygène – saturation similaire aux matériaux granulaires. Les essais de consommations de l’oxygène réalisés au laboratoire à différentes températures ont permis d’identifier que le taux de réaction des résidus miniers de Meadowbank devient négligeable à 0 °C; la température cible d’entreposage des résidus de Meadowbank est donc établie à cette valeur. Les caractérisations thermiques montrent que la conductivité thermique des solides est de 4,80 et 5,80 W/m K pour les matériaux de recouvrement et les résidus miniers, respectivement. Un modèle de prédiction de la conductivité thermique a été calibré pour représenter les données obtenues au laboratoire. Aucun effet d’échelle et de structure significatif sur la conductivité thermique n'a été observé pour les unités de stériles miniers. Ainsi, les modèles calibrés peuvent être étendus aux conditions de terrain avec confiance. Le comportement thermique et hydrogéologique des deux cellules expérimentales de terrain de recouvrements isolant a été suivi pour une période de 4,5 années. Les résidus miniers et 50 cm de matériaux à la base du recouvrement sont saturés. Ces conditions d’humidité ont un impact sur la conductivité thermique des matériaux et donc, sur la distribution des températures internes. Le suivi des températures internes montre que la conduction est le principal mécanisme contrôlant le comportement thermique des recouvrements étudiés. Le recouvrement de 2 m a montré des températures à l’interface résidus-recouvrement supérieures à 0 °C pour 94 à 124 jours par année, tandis que la température des résidus miniers sous le recouvrement de 4 m a toujours été sous 0 °C. Les essais de consommation d’oxygène montrent une réduction de 70 à 90% des flux d’oxygène consommés par les résidus recouverts comparativement aux résidus non recouverts. Les calculs de flux d’oxygène annuel totaux indiquent que les flux d’oxygène sont inférieurs à 2 mol/m2/an, ce qui confirme l’efficacité des recouvrements isolants à contrôler l’oxydation des résidus miniers de Meadowbank. Le comportement thermique et hydrogéologique de la cellule expérimentale de terrain CIEBC construite à Meadowbank a été suivi pour 3,5 années. Les résultats montrent que la profondeur de dégel a périodiquement atteint les résidus miniers et que la température à l’interface résidus-recouvrement a été supérieure à 0 °C pour 39 à 57 jours par année. Lorsque la température à l’interface résidus-recouvrement était supérieure à 0 °C, le degré de saturation moyen de la couche de rétention d’eau était de 84 %. Dans ces conditions, des flux d’oxygène annuel total passant à travers la couche de rétention d’eau inférieurs à 2 mol/m2/an ont été calculés, confirmant l’efficacité du système de recouvrement CIEBC à titre de barrière à l’oxygène. Dans un contexte de changements climatiques, le concept de CIEBC représente une alternative intéressante aux recouvrements isolants, spécialement lorsque les résidus miniers sont très réactifs. Les travaux d’évaluation de la durabilité de l’unité de stériles miniers indiquent que les pertes de masses observées suite aux cycles de gel-dégel et de mouillage-séchage sont caractéristiques de matériaux résistants. Des variations acceptables des propriétés physiques et mécaniques des carottes de roches intactes testées ont aussi été observées après 20 et 80 cycles de gel-dégel et de mouillage-séchage. La durabilité de l’unité de stériles est principalement attribuée à sa haute densité, à ses faibles capacités d’absorption d’eau et sa faible porosité apparente. Les résultats suggèrent qu’aucune complication reliée à l’intégrité physique des matériaux de recouvrement ou à qualité des eaux de drainage ne devrait être attendue à long terme. Les résultats des essais de durabilité montrent que l’unité de stériles NPAG de Meadowbank n’est pas significativement affectée par les cycles de gel-dégel et de mouillage-séchage et qu’elle constitue un excellent matériau pour la construction du recouvrement isolant de Meadowbank. L’ensemble des données obtenues lors de la caractérisation des matériaux et du suivi des cellules expérimentales de terrain ont été utilisées pour développer des modèles numériques qui évaluent le comportement thermique à long terme de recouvrements isolants de configurations similaires à ceux testés à Meadowbank. En considérant une augmentation de la température de l’air de 6,0 °C sur 100 ans et des conditions thermiques post-opérations, les températures des résidus miniers sous les recouvrements de 2 et 4 m diminuent dans les premières 25 – 35 années dues au processus de gel. Ensuite, la température de l’interface résidus-recouvrement augmente graduellement à cause de l’impact de l’augmentation de la température de l’air dans le temps. La température des résidus miniers sous le recouvrement de 2 m est constamment sous 0 °C à partir de 4 ans, tandis que la température à l’interface résidus-recouvrement devient momentanément supérieure à 0 °C à l’année 82 et est supérieure à 0 °C pour 120 jours à l’an 100. Sous le recouvrement de 4 m, la température des résidus miniers devient constamment sous 0 °C après 9 ans et la température des résidus miniers est toujours maintenue sous 0 °C une fois la période de gel passée. L’analyse paramétrique indique que l’épaisseur du recouvrement, l’épaisseur de la couche des résidus miniers, les variations de l’augmentation de la température de l’air et les conditions de saturations sont les principaux facteurs qui affectent le comportement thermique et la performance des recouvrements isolants à limiter l’oxydation des sulfures. Ultimement, un cadre de conception général des recouvrements isolants en huit étapes est proposé. Cette approche de conception généralisée fournit un cadre utile à l’industrie minière pour la conception de recouvrements isolants dans l’Arctique. ---------- Abstract In arctic regions where permafrost is present, the mechanisms leading to the generation of acid mine drainage (AMD) by mine tailings are slown down by the low temperatures. The occurrence of frozen conditions also contributes to limiting the transport of contaminated water into the receiving environment. Even though such conditions are observed, AMD-generation can still be observed in arctic conditions and mine site reclamation must be achieved. Many types of covers are available to control AMD-generation from tailings storage facilities located in the Arctic, including the insulation cover. The insulation cover seeks to integrate reactive mine tailings into the natural permafrost and control the tailings temperature to limit the generation of AMD. In order to be effective, an insulation cover must permanently maintain the tailings below a target temperature at which the oxidation of sulfide minerals is negligible. However, this approach can be vulnerable to changes in climatic conditions as its long-term performance is strictly based on controlling the temperature of tailings. For this reason, its performance must be demonstrated based on anticipated future changes in climatic conditions. In this context, a more robust alternative could be the use of insulation covers with capillary barrier effects (ICCBEs) because they control both the tailings temperature and the vertical migration of oxygen. ICCBEs use the temperature lowering properties of an insulation cover to reduce the period of time at which the temperature of the tailings are greater than the target temperature and the contrast in the hydrogeological properties of the cover layers to limit flux of oxygen available to the oxidation reactions during the periods when the temperature at the tailings-cover interface are greater than the target temperature. Even if this alternative approach is appealing, many aspects related to its performance must be validated before being implemented at full scale, including the effect of time on the properties of cover materials and their capacity to be effective under field conditions. This study aims at evaluating the short- and long-term performance of several covers constructed at Meadowbank mine for controlling sulfide oxidation. The tested covers include two insulation covers (2- and 4-m-thick) made of non-potentially acid-generating (NPAG) waste rocks and a 2 m-thick ICCBE constructed with a moisture-retaining layer made of fine compacted NPAG waste rocks and protective and capillary break layers made of raw non-compacted NPAG waste rocks. More specifically, this research project seeks to determine the main thermo-hydro-geotechnical properties of the cover materials and tailings, assess the performance of several cover configurations based on laboratory characterizations and field experimental cells, assess the durability of the NPAG waste rock unit to freeze-thaw and wet-dry cycles at the laboratory, analyze the long-term behaviour of insulation covers in the long-term using numerical modelling, and develop a generalized design framework for insulation covers. Laboratory characterizations showed that the loose and compacted waste rocks have the hydrogeological properties required to be used as capillary break and moisture-retaining layers, respectively. A difference in saturated hydraulic conductivity of four orders of magnitude was observed between the two materials (1 × 10-1 vs 1 × 10-5 cm/s), and residual suction conditions (125 cm of water) are reached in the loose waste rocks before the air entry value (250 – 300 cm of water) of the compacted waste rocks is reached. Oxygen diffusion tests performed on compacted waste rocks indicated a effective oxygen diffusion coefficient – saturation behaviour similar to typical granular materials. Oxygen consumption tests performed at the laboratory on tailings at different temperatures highlighted that the reaction rate of Meadowbank mine tailings becomes negligible at 0 °C. Accordingly, the target temperature of Meadowbank tailings was established at this temperature. Thermal characterizations indicated thermal conductivity of the solid particles of 4.80 and 5.80 W/m K for the waste rocks and tailings, respectively. A predictive thermal conductivity model was calibrated to best represent the data obtained in the laboratory. No significant scale and structural effects on the thermal conductivity were observed for the waste rocks. Therefore, the calibrated models can be extended to field conditions with confidence. The thermal and hydrogeological behaviour of the two insulation cover field experimental cells was monitored for 4.5 years. The tailings and the lower 0.50 m of cover materials were saturated. These saturation conditions have an impact on the cover material’s thermal conductivity and on the distribution of the internal temperatures. The monitoring of internal temperatures indicated that conduction is the main heat transfer mechanism controlling the thermal behaviour of the studied insulation covers. The 2-m insulation cover showed temperatures at the tailings-cover interface greater than 0 °C for 94 to 124 days every year, whereas under the 4-m cover, the temperatures at the tailings-cover interface stayed below 0 °C. The comparison of the oxygen fluxes measured for the uncovered versus covered tailings indicated that the oxygen fluxes were reduced by 70 to 90 % by the insulation covers. The thermal and hydrogeological behaviour of the insulation cover with capillary barrier effects field experimental cell constructed at Meadowbank mine was monitored for 3.5 years. Results show thaw depths periodically reaching the tailings and temperatures at the tailings-cover interface greater than 0 °C for 39 to 57 days every year. During the period of time at which the temperature at the tailings-cover interface was greater than 0 °C, the average degree of saturation of the moisture-retaining layer was 84 %. In these saturation conditions, total yearly diffusive oxygen flux passing through the moisture-retaining layer inferior to 2 mol/m2/yr were calculated, thus confirming the efficacy of the cover to act as an efficient oxygen barrier. Considering the potential for future changes in climate, ICCBEs represent an attractive alternative to insulation covers, especially when the tailings are highly reactive. The laboratory tests performed to assess the durability of the waste rock unit with respect to freeze-thaw and wet-dry cycles indicated acceptable mass losses. The variations in terms of the material’s physical and mechanical properties after 20 and 80 freeze-thaw and wet-dry cycles were within the acceptable limits for materials of high durability. The high durability of the waste rock unit is owed to its high density, low water absorption index, and low apparent porosity. Based on the results, no problem related to the physical integrity of cover materials or water quality is to be expected from the weathering of the waste rock unit. Ultimately, Meadowbank mine’s waste rock unit is an excellent and durable construction material for mine closure purposes. Considering all the results obtained from laboratory characterizations and the monitoring of the field experimental cells, a numerical model was developed to assess the long-term behaviour of insulation cover configurations similar to those tested at Meadowbank. Considering an increase in air temperature of 6.0 °C over 100 years and post-operations ground thermal conditions, the models showed that the temperature of the tailings under the 2 and 4-m insulation covers decrease over the first 25 – 35 years due to the process of freezing. Then, the temperature at the tailings-cover interface gradually increase due to the impact of the increase in air temperature over time. The temperatures of the tailings under the 2-m cover become constantly below 0 °C after 4 years. Then the temperature at the tailings-cover interface becomes greater than 0 °C at year 82 and for 120 days at year 100. Under the 4-m cover, the temperature of the tailings becomes constantly below 0 °C after 9 years. The temperature at the tailings-cover interface is maintained below 0 °C year-round after the freezing period. A parametric demonstrated that the cover thickness, thickness of the tailings layer, variation in the increase in air temperature and moisture conditions are the main factors affecting the thermal behaviour and performance to control sulfide oxidation of the cover configurations. Ultimately, a generalized design framework comprised of eight steps was proposed. This design approach provides a framework useful for the industry to design insulation covers in the Arctic

Évaluation de la performance de recouvrements miniers pour contrôler le drainage minier acide en climat arctique

En présence de conditions froides et de pergélisol, les mécanismes de génération du drainage minier acide (DMA) dans les rejets miniers sont ralentis par les basses températures. La présence de conditions froides (eau gelée) contribue aussi à limiter le transport des contaminants dans l’environnement. Cependant, malgré ce constat, du drainage minier acide peut être généré en conditions froides durant la période de dégel d’où la nécessité de restaurer ces sites. Plusieurs types de recouvrements existent pour limiter la génération de DMA par les résidus miniers contenus dans les parcs à résidus miniers dans l’Arctique, notamment le recouvrement isolant. Le recouvrement isolant utilise favorablement les conditions climatiques de l’Arctique afin de limiter l’oxydation des sulfures en intégrant les résidus miniers au pergélisol et en contrôlant leur température. Pour être performant, le recouvrement isolant doit maintenir les résidus miniers sous une température à partir de laquelle l’oxydation des résidus miniers est négligeable. Puisque le recouvrement isolant ne vise qu’à contrôler la température des résidus miniers, sa performance à long terme peut être source d’incertitude. La performance des recouvrements isolants doit donc être démontrée pour chaque site minier en fonction des projections climatiques anticipées. La couverture isolante avec effets de barrière capillaire (CIEBC) présente une approche alternative aux recouvrements isolants qui pourrait s’avérer plus robuste dans un contexte de changements climatiques. Ce type de recouvrement se base sur les propriétés isolantes du recouvrement pour réduire la période où les résidus miniers sont au-dessus de la température cible de réactivité et sur les propriétés hydrogéologiques des matériaux afin de favoriser de hauts degrés de saturation dans une couche du recouvrement (couche de rétention d’eau) pour limiter les flux d’oxygène disponibles pour les réactions d’oxydation lorsque la température cible n’est plus atteinte. Même si théoriquement l’approche semble intéressante, plusieurs aspects liés à la performance de la CIEBC doivent être validés avant l’application à grande échelle. Ces aspects incluent notamment les effets du temps sur les propriétés des matériaux et leur capacité à atteindre la performance réelle lorsqu’exposé aux conditions in situ. Dans ce contexte, la présente étude vise à évaluer l’efficacité à court et long termes de différentes configurations de recouvrements construits à la mine Meadowbank pour limiter l’oxydation des sulfures. Les configurations de recouvrements testées comprennent des recouvrements isolants de 2 et 4 m d’épaisseur faits en stériles miniers non potentiellement générateurs d’acidité (NPAG) et d’une CIEBC de 2 m faite d’un bris capillaire et d’une couche de protection de stériles NPAG lâches et d’une couche de rétention d’eau de stériles NPAG compactés. Plus spécifiquement, ce projet de recherche vise à déterminer au laboratoire les principales propriétés thermo-hydro-géotechniques des matériaux de recouvrement et des résidus miniers, évaluer la performance des différentes configurations de recouvrement à partir de données obtenues au laboratoire et par le biais de cellules expérimentales de terrain, évaluer au laboratoire la durabilité des matériaux de recouvrement face aux cycles de gel-dégel et de mouillage-séchage, analyser à l’aide d’outils numériques le comportement thermique des recouvrements isolants à long terme et à développer une approche de conception généralisée des recouvrements isolants. Les travaux de caractérisation des matériaux montrent que les stériles lâches et compactés ont des propriétés hydrogéologiques adéquates pour être utilisés comme matériaux de couches de bris capillaire et de rétention d’eau, respectivement. Une différence de conductivité hydraulique saturée de quatre ordres de grandeur est observée entre les deux matériaux (1 × 10-1 versus 1 × 10-5 cm/s) et la succion résiduelle (125 cm d’eau) des stériles lâches est atteinte avant la valeur d’entrée d’air des stériles compactés (250 – 300 cm d’eau). Les essais de diffusion de l’oxygène réalisés sur les stériles compactés démontrent que les stériles compactés adoptent un comportement coefficient de diffusion de l’oxygène – saturation similaire aux matériaux granulaires. Les essais de consommations de l’oxygène réalisés au laboratoire à différentes températures ont permis d’identifier que le taux de réaction des résidus miniers de Meadowbank devient négligeable à 0 °C; la température cible d’entreposage des résidus de Meadowbank est donc établie à cette valeur. Les caractérisations thermiques montrent que la conductivité thermique des solides est de 4,80 et 5,80 W/m K pour les matériaux de recouvrement et les résidus miniers, respectivement. Un modèle de prédiction de la conductivité thermique a été calibré pour représenter les données obtenues au laboratoire. Aucun effet d’échelle et de structure significatif sur la conductivité thermique n'a été observé pour les unités de stériles miniers. Ainsi, les modèles calibrés peuvent être étendus aux conditions de terrain avec confiance. Le comportement thermique et hydrogéologique des deux cellules expérimentales de terrain de recouvrements isolant a été suivi pour une période de 4,5 années. Les résidus miniers et 50 cm de matériaux à la base du recouvrement sont saturés. Ces conditions d’humidité ont un impact sur la conductivité thermique des matériaux et donc, sur la distribution des températures internes. Le suivi des températures internes montre que la conduction est le principal mécanisme contrôlant le comportement thermique des recouvrements étudiés. Le recouvrement de 2 m a montré des températures à l’interface résidus-recouvrement supérieures à 0 °C pour 94 à 124 jours par année, tandis que la température des résidus miniers sous le recouvrement de 4 m a toujours été sous 0 °C. Les essais de consommation d’oxygène montrent une réduction de 70 à 90% des flux d’oxygène consommés par les résidus recouverts comparativement aux résidus non recouverts. Les calculs de flux d’oxygène annuel totaux indiquent que les flux d’oxygène sont inférieurs à 2 mol/m2/an, ce qui confirme l’efficacité des recouvrements isolants à contrôler l’oxydation des résidus miniers de Meadowbank. Le comportement thermique et hydrogéologique de la cellule expérimentale de terrain CIEBC construite à Meadowbank a été suivi pour 3,5 années. Les résultats montrent que la profondeur de dégel a périodiquement atteint les résidus miniers et que la température à l’interface résidus-recouvrement a été supérieure à 0 °C pour 39 à 57 jours par année. Lorsque la température à l’interface résidus-recouvrement était supérieure à 0 °C, le degré de saturation moyen de la couche de rétention d’eau était de 84 %. Dans ces conditions, des flux d’oxygène annuel total passant à travers la couche de rétention d’eau inférieurs à 2 mol/m2/an ont été calculés, confirmant l’efficacité du système de recouvrement CIEBC à titre de barrière à l’oxygène. Dans un contexte de changements climatiques, le concept de CIEBC représente une alternative intéressante aux recouvrements isolants, spécialement lorsque les résidus miniers sont très réactifs. Les travaux d’évaluation de la durabilité de l’unité de stériles miniers indiquent que les pertes de masses observées suite aux cycles de gel-dégel et de mouillage-séchage sont caractéristiques de matériaux résistants. Des variations acceptables des propriétés physiques et mécaniques des carottes de roches intactes testées ont aussi été observées après 20 et 80 cycles de gel-dégel et de mouillage-séchage. La durabilité de l’unité de stériles est principalement attribuée à sa haute densité, à ses faibles capacités d’absorption d’eau et sa faible porosité apparente. Les résultats suggèrent qu’aucune complication reliée à l’intégrité physique des matériaux de recouvrement ou à qualité des eaux de drainage ne devrait être attendue à long terme. Les résultats des essais de durabilité montrent que l’unité de stériles NPAG de Meadowbank n’est pas significativement affectée par les cycles de gel-dégel et de mouillage-séchage et qu’elle constitue un excellent matériau pour la construction du recouvrement isolant de Meadowbank. L’ensemble des données obtenues lors de la caractérisation des matériaux et du suivi des cellules expérimentales de terrain ont été utilisées pour développer des modèles numériques qui évaluent le comportement thermique à long terme de recouvrements isolants de configurations similaires à ceux testés à Meadowbank. En considérant une augmentation de la température de l’air de 6,0 °C sur 100 ans et des conditions thermiques post-opérations, les températures des résidus miniers sous les recouvrements de 2 et 4 m diminuent dans les premières 25 – 35 années dues au processus de gel. Ensuite, la température de l’interface résidus-recouvrement augmente graduellement à cause de l’impact de l’augmentation de la température de l’air dans le temps. La température des résidus miniers sous le recouvrement de 2 m est constamment sous 0 °C à partir de 4 ans, tandis que la température à l’interface résidus-recouvrement devient momentanément supérieure à 0 °C à l’année 82 et est supérieure à 0 °C pour 120 jours à l’an 100. Sous le recouvrement de 4 m, la température des résidus miniers devient constamment sous 0 °C après 9 ans et la température des résidus miniers est toujours maintenue sous 0 °C une fois la période de gel passée. L’analyse paramétrique indique que l’épaisseur du recouvrement, l’épaisseur de la couche des résidus miniers, les variations de l’augmentation de la température de l’air et les conditions de saturations sont les principaux facteurs qui affectent le comportement thermique et la performance des recouvrements isolants à limiter l’oxydation des sulfures. Ultimement, un cadre de conception général des recouvrements isolants en huit étapes est proposé. Cette approche de conception généralisée fournit un cadre utile à l’industrie minière pour la conception de recouvrements isolants dans l’Arctique

Performance d'une couverture avec effets de barrière capillaire faite de mélanges gravier-bentonite pour contrôler la migration d'oxygène en conditions nordiques

"RÉSUMÉ : La restauration des parcs à résidus miniers est un défi environnemental de taille pour l’industrie minière, particulièrement pour les sites miniers générateurs de drainage minier acide (DMA) situés en climat nordique où des méthodes de restauration robustes à long terme doivent être développées. En climat tempéré, les recouvrements avec effets de barrière capillaire (CEBC) se sont avérés une méthode de restauration efficace pour les résidus miniers générateurs de DMA. Toutefois, ces recouvrements nécessitent l’utilisation d’un matériau fin pour la construction de la couche de rétention d’eau qui, en climat nordique, n’est pas toujours disponible près du site de construction. Dans un tel cas, des mélanges sol ou gravier-bentonite pourraient être utilisés. Ainsi, cette étude propose d’évaluer à l’aide d’essais en colonne au laboratoire la performance de contrôle des flux d’oxygène de CEBC faites de mélanges gravier-bentonite pour la restauration de sites miniers en climat nordique. Les propriétés isolantes du recouvrement permettraient de limiter la période de l’année où les résidus sont dégelés, tandis que les effets de barrière capillaire permettraient le contrôle des flux d’oxygène durant la période de dégel où les rejets pourraient générer du DMA. Les principaux objectifs du projet de recherche sont (1) de caractériser les propriétés hydro-géotechniques des matériaux de recouvrements proposés (2) de développer une méthode d’essai de laboratoire en colonne qui permet d’évaluer les effets des cycles de gel-dégel sur la migration de l’oxygène et la distribution de l’eau dans les CEBC testées et (3) d’évaluer la capacité des CEBC testées à contrôler les flux d’oxygène pour différentes conditions initiales de mise en place, avant et après cycles de gel-dégel, à partir de l’évaluation du coefficient de diffusion effectif de l’oxygène des couches de rétention d’eau." ----------"ABSTRACT : Environmental reclamation of mine tailing storage facilities is an important challenge of the mining industry. Especially for acid mine drainage (AMD) generating sites located in Nordic conditions where robust reclamation scenarios must be developed. In temperate climate, covers with capillary barrier effects (CCBE) were proven to be a practical reclamation method for AMD generating tailings. However, these covers require a fine grained material for the moisture-retaining layer which, in Nordic conditions, is not always available close to the construction site. In that case, soil-bentonite or crushed rock-bentonite mixtures could be used instead. Therefore, this study aims at evaluating through laboratory testing the performance of CCBEs made of crushed rock-bentonite mixtures to control oxygen fluxes for the reclamation of Nordic mine sites. Cover insulation properties would reduce the period of time where the tailings are above the freezing temperature and would control oxygen fluxes when the tailings could generate AMD in the unfrozen state. The main objectives of this research project are (1) to characterise the hydro-geotechnical properties of cover materials, (2) to develop a laboratory column testing method that allows evaluating the freeze/thaw sensibility of the tested CCBE on oxygen migration and water distribution and (3) to evaluate the capacity of the CCBEs to control oxygen fluxes for different placement conditions before and after freeze/thaw cycles, based on the evaluation of the moisture-retaining layer’s effective oxygen diffusion coefficient.

Performance d’une couverture avec effets de barrière capillaire faite de mélanges gravier-bentonite contrôler la migration d’oxygène en conditions nordiques.

La restauration des parcs à résidus miniers est un défi environnemental de taille pour l'industrie minière, particulièrement pour les sites miniers générateurs de drainage minier acide (DMA) situés en climat nordique où des méthodes de restauration robustes à long terme doivent être développées. En climat tempéré, les recouvrements avec effets de barrière capillaire (CEBC) se sont avérés une méthode de restauration efficace pour les résidus miniers générateurs de DMA. Toutefois, ces recouvrements nécessitent l'utilisation d'un matériau fin pour la construction de la couche de rétention d'eau qui, en climat nordique, n'est pas toujours disponible près du site de construction. Dans un tel cas, des mélanges sol ou gravier-bentonite pourraient être utilisés. Ainsi, cette étude propose d'évaluer à l'aide d'essais en colonne au laboratoire la performance de contrôle des flux d'oxygène de CEBC faites de mélanges gravier-bentonite pour la restauration de sites miniers en climat nordique. Les propriétés isolantes du recouvrement permettraient de limiter la période de l 'année où les résidus sont dégelés, tandis que les effets de barrière capillaire permettraient le contrôle des flux d'oxygène durant la période de dégel où les rejets pourraient générer du DMA. Les principaux obj ectifs du projet de recherche sont (1) de caractériser les propriétés hydra-géotechniques des matériaux de recouvrements proposés (2) de développer une méthode d' essai de laboratoire en colonne qui permet d'évaluer les effets des cycles de gel-dégel sur la migration de l' oxygène et la distribution de l 'eau dans les CEBC testées et (3) d' évaluer la capacité des CEBC testées à contrôler les flux d' oxygène pour différentes conditions initiales de mise en place, avant et après cycles de gel-dégel, à partir de l 'évaluation du coefficient de diffusion effectif de l'oxygène des couches de r étention d'eau. Dans cette optique, des travaux de caractérisation des propriétés physiques, géotechniques de base, hydrogéologiques et thermiques ont d 'abord été entrepris sur trois mélanges gravierbentonite à 5,0, 6,5 et 8,0% bentonite. Des conductivités hydrauliques entre 3,5 x 1 o-7 cm/s et 4,8xl0-8 cm/s et des valeurs d' entrée d' air entre 8 kPa et 20 kPa ont été mesurées pour les trois mélanges. Les résultats de cette étude de caractérisation mont rent que les mélanges gravierbentonite pourraient avoir les propriétés hydrogéologiques requises pour être ut ilisées comme couche de rétention d'eau d'une CEBC. Toutefois, plus de travaux s'avèrent nécessaires afin de déterminer la capacité des CEBC à limiter les flux d 'oxygène et d 'évaluer l'influence des cycles de gel et de dégel sur la capacité à contrôler la diffusion des gaz dans ces matériaux. Ainsi, des essais en colonnes instrumentées ont été mis en place afin d'étudier les performances à contrôler la migration de l'oxygène de trois configurations de CEBC faites de mélanges gravierbentonite à 5,0, 6,5 et 8,0% bentonite. Les colonnes testées sont constituées d'un bris capillaire de 0,40 rn fait gravier, d'une couche de rétention d'eau de 0,60 rn faite de mélanges gravierbentonite et d'une couche de protection de gravier de 1,0 rn d'épaisseur. Une première colonne (6,5% bentonite) a d'abord été construite afin de développer la méthode expérimentale. Trois autres colonnes ont ensuite été préparées en utilisant les connaissances obtenues avec la colonne test. Deux colonnes (5,0 et 8,0% bentonite) ont été montées en conditions idéales (couche de rétention d'eau initialement près de la saturation), tandis qu'une colonne (6,5% bentonite) a été mise en place à teneur en eau naturelle afin de simuler des conditions de terrain. Les essais en colonnes développés ont permis de réaliser des essais de diffusion de 1 'oxygène en colonne et d'évaluer l'influence de l 'infiltration d'eau et des cycles de gel-dégel sur la diffusion. Les CEBC à 5,0 et 8,0% bentonite montrent des degrés de saturation élevés (> 85 %) aux conditions initiales, mais se désaturent avec les cycles de gel-dégel. La CEBC à 6,5 %bentonite montre quant à elle des degrés de saturation inférieurs à 52% pour toutes les conditions. Les résultats des essais de diffusion d' oxygène interprétés à l ' aide du code numérique POLLUTE concordent bien avec les profils de teneurs en eau volumique observés. Ces résultats montrent que les CEBC à 5,0 et 6,5% bentonite sont performantes pour contrôler les flux d'oxygène aux conditions initiales, mais qu'une diminution des performances est observée avec les cycles de gel-dégel. Pour ces deux colonnes, des flux d'oxygène à 1 'état stationnaire inférieurs à 1 mol 02/m2/an sont calculés en conditions initiales tandis que des valeurs supérieures à 50 mol 02/m2/an ont été observées à partir du troisième cycle de gel-dégel. Cette perte de performance est en accord avec les résultats des essais de perméabilité qui ont montré un impact significatif des cycles de gel-dégel sur la valeur de la conductivité hydraulique saturée. Les flux d'oxygène calculés pour la CEBC à 6,5% bentonite (> 100 mol 02/m2/an) démontrent une performance limitée pour toutes les conditions d'essai en raison du faible degré de saturation initial. L'évolution des températures et des teneurs en eau volumique non gelée mesurées pour ces trois colonnes lors des phases de dégel montrent qu'aux températures minimales (-11 à -13 oC), des teneurs en eau volumique non gelée à l' équilibre entre 0,00 et 0,06 sont observées. Les résultats des essais de laboratoire démontrent que 1 'approche méthodologique suivie permet l'évaluation de la performance de CEBC soumise à des cycles de gel-dégel et pourrait être appliquée à d'autres configurations de CEBC. Cette étude de laboratoire s'est limitée à des matériaux utilisés dans le cadre d'essais de terrain réalisés à la Mine Raglan. Des performances de barrière à 1 'oxygène supérieures pourraient être obtenues avec une optimisation de la granulométrie du gravier et/ou de la proportion et du type de bentonite. À la suite de ces travaux de recherche, il est recommandé de comparer les données de laboratoire obtenues avec des données réelles de terrain sachant qu'une cellule expérimentale avec une configuration similaire à la colonne 2 a été construite à la Mine Raglan. De plus, davantage de travaux de recherche quant au comportement des matériaux de type gravier-bentonite doivent être entrepris. Il est aussi suggéré de modifier la méthode de laboratoire afin de permettre la modélisation du coefficient de diffusion de l'oxygène de toute la couche de rétention d'eau. D'autres matériaux à granulométrie fine, moins sensible aux cycles de gel-dégel, comme des résidus miniers désulfurés, pourraient aussi être testés comme matériaux de la couche de rétention d'eau

A directional occlusion shading model for interactive direct volume rendering

Volumetric rendering is widely used to examine 3D scalar fields from CT/MRI scanners and numerical simulation datasets. One key aspect of volumetric rendering is the ability to provide perceptual cues to aid in understanding structure contained in the data. While shading models that reproduce natural lighting conditions have been shown to better convey depth information and spatial relationships, they traditionally require considerable (pre)computation. In this paper, a shading model for interactive direct volume rendering is proposed that provides perceptual cues similar to those of ambient occlusion, for both solid and transparent surface-like features. An image space occlusion factor is derived from the radiative transport equation based on a specialized phase function. The method does not rely on any precomputation and thus allows for interactive explorations of volumetric data sets via on-the-fly editing of the shading model parameters or (multi-dimensional) transfer functions while modifications to the volume via clipping planes are incorporated into the resulting occlusion-based shading

Using Set Covering to Generate Databases for Holistic Steganalysis

Within an operational framework, covers used by a steganographer are likely to come from different sensors and different processing pipelines than the ones used by researchers for training their steganalysis models. Thus, a performance gap is unavoidable when it comes to out-of-distributions covers, an extremely frequent scenario called Cover Source Mismatch (CSM). Here, we explore a grid of processing pipelines to study the origins of CSM, to better understand it, and to better tackle it. A set-covering greedy algorithm is used to select representative pipelines minimizing the maximum regret between the representative and the pipelines within the set. Our main contribution is a methodology for generating relevant bases able to tackle operational CSM. Experimental validation highlights that, for a given number of training samples, our set covering selection is a better strategy than selecting random pipelines or using all the available pipelines. Our analysis also shows that parameters as denoising, sharpening, and downsampling are very important to foster diversity. Finally, different benchmarks for classical and wild databases show the good generalization property of the extracted databases. Additional resources are available at github.com/RonyAbecidan/HolisticSteganalysisWithSetCovering

ISOCAM observations of the Ursa Major cirrus: Evidence for large abundance variations of small dust grains

We present mid-IR imaging observations of a high Galactic latitude cirrus obtained with the ISO camera ISOCAM at 6" angular resolution. The observations were done with two filters LW2 (5-8.5 microns) and LW3 (12-18 microns) that measure respectively the aromatic carbon bands and the underlying continuum emission from small dust particles. Three 0.05 square degree images sample atomic and molecular sections in the Ursa Major cirrus. These images are compared with Hi, CO and IRAS observations. In such a cloud transparent to stellar light (Av < 0.5) the mid-infrared to 100 microns and the mid-IR emissivity per hydrogen are related to the abundance and the optical properties of small dust particles independently of any modelling of the penetration of the radiation. Within the atomic section of the cloud, the comparison between ISOCAM images and 21 cm interferometric data highlights an enhancement of the mid-IR emitters abundance by a factor ~5 in an Hi filament characterized by a large transverse velocity gradient suggestive of rotation. Furthermore, a drop in the abundance of the same mid-IR emitters is observed at the interface between the atomic and molecular cirrus sections. We propose that these abundance variations of the mid-IR emitters are related to the production of small dust particles by grain shattering in energetic grain-grain collisions generated by turbulent motions within the cirrus and inversely by their disappearance due to coagulation on large grains. At the atomic-molecular interface we also observe a decrease of the Lw2/Lw3 ratio by a factor 2 in the molecular region. This could result from a modification of the dust size distribution or of the intrinsic optical properties of the small dust particles.Comment: 11 pages, 13 figures, better resolution figures to be found in published versio