Comparaison avec d’autres études

Tel qu’énoncé auparavant pour le Canada, une argile ayant une résistance au cisaillement à l’état remanié inférieure à 1 kPa ou un indice de liquidité supérieur à 1.2 est considérée propice au glissement de terrain fortement rétrogressif. Cependant, les critères pour les argiles extra-sensibles sont plutôt utilisés dans les pays scandinaves. En Norvège, les conditions pour qu’une argile soit qualifiée comme extra-sensible sont une résistance au cisaillement à l’état remanié inférieure à 0.5 kPa ou une sensibilité de 50 et plus (NGS, 1982). En Suède, ces conditions sont également différentes et correspondent à une résistance au cisaillement à l’état remanié inférieure à 0.4 kPa ou à une sensibilité supérieure à 30 (Karlsson et Hansbo, 1989). Ces différents critères rendent difficile la comparaison de résultats qui proviennent d’études réalisées dans différents pays.

Dans la présente étude, une salinité de l’eau interstitielle inférieure à 2.12 g/L a été mesurée dans des échantillons d’argile sensible dont la résistance au cisaillement à l’état remanié est inférieure à 1 kPa. Ces résultats sont cohérents avec ceux rapportés dans l’argile sensible par d’autres études réalisées au Canada avec une salinité qui varie entre 2 et 3 g/L (Penner et Burn, 1977; Crow et coll, 2014; Veillette et coll, 2018). En comparaison avec les études scandinaves, la limite de salinité obtenue dans la présente étude concorde avec celle entre 2 et 2.5 g/L rapportée par Long et coll. (2017) dans des argiles extra-sensibles de Norvège. Une salinité inférieure à cette limite est généralement rencontrée dans les argiles extra-sensibles en Scandinavie, mais plusieurs chercheurs ont mesuré des salinités plus élevées dans quelques échantillons, jusqu’à 5.6 g/L (Andersson- Sköld et coll., 2005).

Grâce à des tomographies de résistivité électrique réalisées dans cette étude, des valeurs de résistivité électrique de 10.9 Ω-m et plus ont été obtenues aux sites de prélèvement d’échantillons d’argile dans des forages dont la résistance au cisaillement à l’état remanié est inférieure à 1 kPa. Une limite de 9.8 Ω-m a plutôt

été obtenue lors des essais de pénétration au piézocône avec mesure de la résistivité électrique. Toutefois, la quantité de données est très petite en raison du défaut du module de résistivité électrique du pénétromètre de l’Université Laval survenu lors de la campagne d’investigation géotechnique et géophysique. La limite obtenue de résistivité électrique concorde avec celle de 10 Ω-m retrouvée par d’autres chercheurs dans les argiles sensibles du Canada (Calvert et Hyde, 2002; Crow et coll., 2014; Veillette et coll., 2018). De plus, la même limite est généralement obtenue dans l’argile extra-sensible (Sur < 0.5 kPa) selon de nombreuses études norvégiennes (Solberg et coll., 2008, 2012; Donohue et coll., 2014; Pfaffhuber et coll., 2014; Long et coll., 2017).

Finalement, les valeurs de résistivité électrique et de salinité correspondent bien à celles retrouvées dans les argiles vulnérables au glissement de terrain fortement rétrogressif. Il est important de garder à l’esprit que les résultats peuvent varier de façon importante entre différents sites. La résistivité électrique et les propriétés remaniées sont majoritairement fonctions de la salinité mais aussi de nombreux autres facteurs (granulométrie, teneur en eau, composition chimique de l’eau interstitielle, etc.) qui peuvent avoir un impact considérable lorsqu’ils varient de façon importante.

Conclusions

Une campagne d’investigation géotechnique et géophysique d’un massif argileux à Louiseville a été réalisée afin de caractériser la stratigraphie et les propriétés de ce dépôt d’argile, et de délimiter les zones d’argile sensible. Selon les résultats de cette campagne, ce dépôt d’argile est très uniforme. En plus de la croûte argileuse superficielle, la couche d’argile est la seule unité géologique observée lors de cette campagne. Selon les forages, les essais de pénétration au piézocône réalisés et les tomographies de résistivité électrique, ce dépôt fait une épaisseur de plus de 50 m. Le roc n’a pas été atteint lors des sondages réalisés, mais la surface du socle rocheux dans le secteur serait entre 80 et 90 m de profondeur selon Leblanc et coll. (2013).

Les échantillons prélevés dans la croûte argileuse ont une résistance au cisaillement non drainée de 13 à 61 kPa. La résistance au cisaillement à l’état remanié est variable dans cette unité avec des valeurs de 1 à 13 kPa. Les indices de plasticité et de liquidité mesurés dans cette unité varient entre 40.8 et 52.2% et entre 0.64 et 1.22 respectivement. La salinité de l’eau interstitielle est très faible dans cette unité et elle varie entre 0.05 et 0.74 g/L.

De nombreux échantillons ont été prélevés dans le dépôt d’argile jusqu’à une profondeur de 50 m. Les essais en laboratoire réalisés sur ces échantillons ont permis de constater l’homogénéité du dépôt dont la composition correspond à une fraction argileuse entre 53 et 76%, une fraction silteuse entre 24 et 46% et une fraction de sable de moins de 1%. Les propriétés géotechniques de cette argile augmentent de façon plutôt constante avec la profondeur. La résistance au cisaillement non drainée est faible au sommet de la couche et elle augmente avec la profondeur de 13 à 103 kPa. La résistance au cisaillement à l’état remanié augmente également avec la profondeur de 0.6 à 7.1 kPa. Des indices de plasticité de 30.8 à 53.8% et des indices de liquidité de 0.72 à 1.53 ont été mesurés dans le dépôt argileux. La salinité augmente aussi de 0.8 jusqu’à 22.8 g/L à 50 m de profondeur.

Des méthodes géophysiques ont été employées lors de cette étude pour mesurer la résistivité électrique de ce dépôt d’argile. Grâce à deux tomographies de résistivité électrique, des relations entre les propriétés géotechniques des argiles remaniées et leur résistivité électrique ont pu être déterminées. Selon les résultats obtenus, la résistivité électrique est relativement élevée jusqu’à environ 24 Ω-m dans la croûte argileuse superficielle et elle diminue rapidement à 3 Ω-m en profondeur. Une transition nette est observée au contact entre la croûte argileuse et le dépôt d’argile en profondeur. Dans ce dépôt d’argile, la résistivité électrique diminue aussi avec la profondeur mais de façon beaucoup plus douce. Une légère augmentation de la résistivité électrique a été observée à grande profondeur. Par contre, le roc ne semble pas avoir été détecté lors des tomographies de résistivité électrique. Une augmentation latérale de la résistivité électrique en direction de la rivière Chacoura est visible sur le modèle de résistivité électrique ERT-A le long de la ligne de levé AA’. Des résistivités très élevées ont été mesurées en haut de talus de la coulée qui descend à la rivière.

La résistivité électrique a également été mesurée lors des essais de pénétration au piézocône à l’aide d’un module de résistivité électrique intégré dans le pénétromètre de l’Université Laval (RCPTU). Malheureusement, les résultats obtenus sont affectés par du bruit de façon importante et il est probable que le module de résistivité électrique ait fait défaut lors de ces essais. Ces problèmes se sont produits à faible profondeur et ils affectent la partie la plus résistive du dépôt d’argile. L’un des objectifs de ce projet de recherche était de comparer les résultats de la tomographie de résistivité électrique et ceux obtenus lors des essais de pénétration au piézocône avec mesure de la résistivité électrique. En raison des problèmes rencontrés, les deux méthodes n’ont pas pu être comparées de façon satisfaisante. Cependant, une excellente correspondance a été obtenue lorsque la résistivité électrique devient très faible à des profondeurs où les résultats des essais au RCPTU sont de meilleure qualité. Des résultats qui semblent de bonne qualité ont été obtenus lors de l’essai de pénétration au piézocône CR30067. Toutefois, cet essai est localisé sur la ligne de la tomographie de résistivité

électrique ERT-B qui est affectée par des résultats très bruités et difficilement interprétables. Malgré les problèmes rencontrés, quelques résultats prometteurs ont été obtenus et ceux-ci suggèrent qu’une excellente correspondance peut être obtenue en les deux méthodes.

Grâce au nombre important d’essais réalisés et de la variabilité des propriétés du dépôt avec la profondeur, d’excellentes corrélations ont été obtenues entre les différents paramètres mesurés. La corrélation entre la salinité de l’eau interstitielle et la résistance au cisaillement de l’argile à l’état remanié suit une tendance croissante. La corrélation est bonne mais un peu dispersée. L’argile sensible avec une résistance au cisaillement à l’état remanié inférieure à 1 kPa est caractérisée par une salinité inférieure à 2.12 g/L. La relation entre la salinité de l’eau interstitielle et l’indice de liquidité est aussi jugée de bonne qualité également. Une salinité inférieure à 2.64 g/L correspond au critère d’argile sensible avec un indice de liquidité inférieur à 1.2. La dispersion des résultats est principalement due aux échantillons prélevés dans le forage F30067 situé dans la coulée. Une légère différence est donc observée dans le dépôt d’argile qui a été affecté par un glissement.

Des corrélations ont été établies entre la résistivité électrique mesurée lors de la tomographie de résistivité ERT-A et les propriétés géotechniques précédentes. Une excellente corrélation entre la résistivité électrique et la salinité de l’eau interstitielle a été obtenue. Une diminution de la salinité induit une augmentation de la résistivité électrique. La résistivité électrique varie peu lorsque la salinité est supérieure à 5 g/L mais elle augmente très rapidement lorsque la salinité diminue sous cette limite de 5 g/L. Cette corrélation correspond à celles trouvées dans la littérature. Une corrélation très forte a été obtenue entre la résistivité électrique et la résistance au cisaillement à l’état remanié. La forme de la relation est similaire à celle entre la résistivité électrique et la salinité. La résistivité électrique augmente de façon significative lorsque la résistance au cisaillement à l’état remanié diminue en-dessous d’environ 1.5 kPa. Selon les résultats obtenus, une résistivité

électrique de plus de 10.9 Ω-m correspond à une résistance au cisaillement à l’état remanié de moins de 1 kPa. La corrélation entre la résistivité électrique et l’indice de liquidité est forte également mais le nuage de points expérimentaux est dispersé lorsque l’indice de liquidité est supérieur à 1. Lorsqu’un indice de liquidité est supérieur à 1.2, la résistivité électrique est supérieure à 10.4 Ω-m. Les mêmes corrélations ont également été réalisées mais en utilisant la résistivité électrique mesurée lors des essais de pénétration au piézocône avec mesure de la résistivité électrique. En raison du défaut du module de résistivité électrique du pénétromètre, les corrélations établies sont moins bonnes que celles obtenues avec la tomographie de résistivité électrique ERT-A. Selon les corrélations obtenues pour les résultats de l’essai CR30067, une résistivité électrique supérieure à 9 Ω-m correspond à une argile sensible dont la résistance au cisaillement à l’état remanié est inférieure à 1 kPa et l’indice de liquidité est supérieur à 1.2.

Le premier objectif de ce projet de recherche a été atteint. Les travaux réalisés ont permis de vérifier le potentiel de la tomographie de résistivité électrique pour délimiter les zones d’argile sensible en fonction de leur résistivité électrique et de leur résistance au cisaillement à l’état remanié. Une coupe stratigraphique interprétative le long de la ligne de levé AA’ a été produite à partir du modèle de résistivité électrique ERT-A. L’isoligne de résistivité électrique de 10 Ω-m permet de délimiter la zone d’argile sensible qui a une résistance au cisaillement à l’état remanié inférieure à 1 kPa dans ce modèle qui a été identifiée suite aux essais en laboratoire sur des échantillons prélevés lors des quatre forages. Selon cette interprétation du modèle de résistivité électrique ERT-A, un horizon d’argile sensible dont la résistance au cisaillement à l’état remanié est inférieure à 1 kPa est présent sur l’ensemble de la ligne de levé AA’ à l’exception d’une zone au droit du fossé de drainage du côté ouest de la ligne de levé AA’. L’épaisseur de cette couche d’argile sensible est aussi variable le long de la ligne de levé AA’. Elle est plus mince dans la partie plane du champ agricole et elle devient plus épaisse à l’approche du fossé de drainage à l’ouest et à l’approche de la coulée à l’est de la

ligne de levé AA’. Cet horizon d’argile sensible atteint son épaisseur maximale dans le secteur en haut de talus de la coulée qui débouche sur la rivière Chacoura.

Les autres objectifs fixés dans le cadre de ce projet de recherche ont aussi été atteints. La campagne d’investigation géotechnique et géophysique menée à Louiseville a permis d’observer qu’un lien fort existe entre la résistivité électrique, la salinité de l’eau interstitielle et les propriétés géotechniques de l’argile mesurées pour caractériser les glissements de terrain fortement rétrogressifs. Une comparaison a été faite entre la résistivité électrique mesurée par tomographie de résistivité électrique et par essai de pénétration au piézocône équipé d’un module de résistivité électrique. Une bonne correspondance a été obtenue dans une partie considérable des résultats.

Tel que démontré dans cette étude, de nombreux problèmes peuvent affecter la qualité des résultats obtenus par les méthodes géophysiques. Avant d’employer ces méthodes, une validation du bon fonctionnement des équipements est nécessaire. Un manquement au niveau de cette étape a causé la perte de nombreuses données qui auraient été une addition très intéressante dans le cadre de cette étude. Malgré ces problèmes, la présente étude est très concluante et elle a démontrée avec succès l’applicabilité de la tomographie de résistivité électrique pour la délimitation d’argiles sensibles propices aux glissements de terrain fortement rétrogressifs. Le modèle de résistivité électrique en deux dimensions est particulièrement utile pour avoir une meilleure compréhension du site étudié et notamment pour l’évaluation de la distance de rétrogression probable en cas de glissement de terrain. Finalement, des valeurs limites de résistivité électrique et de salinité de l’eau interstitielle ont été déterminées et pourront servir de référence lors de travaux futurs sur d’autres sites au Québec.

Recommandations

En prévision d’une campagne d’investigation d’un massif argileux où des tomographies de résistivité électrique sont prévues, le bon fonctionnement de l’équipement devrait être vérifié tout en portant une attention particulière aux câbles. Par exemple, le système pourrait être déployé sur un site d’essai avec seulement une fraction des électrodes dans le but de réaliser un essai avec un seul câble. Ce câble serait ensuite remplacé pour un autre afin de tous les tester séparément sous les mêmes conditions. Des levés aussi courts demandent très peu de temps à réaliser et permettent de s’assurer du bon fonctionnement de l’équipement.

La réalisation des tomographies de résistivité électrique avant l’investigation géotechnique permet d’optimiser la quantité et la localisation des forages et des essais de pénétration au piézocône. Cette stratégie permet de diminuer les coûts et de consacrer les ressources aux endroits qui nécessitent plus d’attention. Lorsqu’une bonne connaissance du site d’étude est disponible, il est possible d’optimiser le processus d’inversion des données de tomographie de résistivité électrique en fonction de ces informations afin d’améliorer la qualité du modèle. En l’absence de telles informations, il est préférable d’interpréter le modèle obtenu avec plus d’incertitude et de l’ajuster plus tard en fonction de nouveaux résultats obtenus par des essais géotechniques intrusifs. L’utilisation d’un piézocône équipé d’un module de résistivité électrique est avantageuse et permet de vérifier le modèle de résistivité électrique obtenu par tomographie. Cependant, une calibration au début et à la fin de la campagne d’investigation et aussi périodique en court de campagne de ce module du piézocône est fortement suggérée afin de valider son bon fonctionnement.

L’application des méthodes de résistivité électrique a un grand potentiel pour la délimitation de zones d’argile sensible vulnérables aux glissements de terrain. Toutefois, la délimitation de ces zones ne doit pas être basée uniquement sur les

résultats des tomographies de résistivité électrique. Ces travaux doivent toujours être accompagnés d’essais géotechniques conventionnels car la résistivité électrique dépend de plusieurs facteurs propres au site d’étude. De futurs travaux basés sur la résistivité électrique pourraient être réalisés à d’autres sites où il y a présence d’argile sensible, mais avec une stratigraphie plus complexe. En appliquant les connaissances acquises, ces efforts supplémentaires pourraient aider à mieux comprendre l’effet de différentes unités géologiques sur la modélisation de la résistivité électrique dans les sols argileux. De plus, une étude plus avancée pourrait être réalisée afin de produire un modèle de résistivité électrique en trois dimensions. Pour produire un tel modèle, les électrodes sont placées en surface de façon à créer une matrice. Le défi de ce type de levé est qu’un grand nombre d’électrode est nécessaire. Toutefois si plusieurs appareils de mesure de la résistivité électrique sont disponibles, ils peuvent être combinés afin qu’ils fonctionnent ensemble et ainsi produire un levé plus vaste. Un modèle en trois dimensions peut également être obtenu en combinant les résultats de plusieurs modèles de résistivité électrique en deux dimensions réalisées à différents endroits. Par ailleurs, la méthode de levé électromagnétique aéroporté (AEM) pourrait être considérée lorsqu’une grande superficie doit être étudiée. Cette méthode permet de produire un modèle de la résistivité électrique du sol en deux dimensions. Cette méthode est moins précise que la tomographie de résistivité électrique réalisée au sol, mais des études en Scandinavie indiquent que la méthode peut être appliquée aux sols argileux (Löfroth et coll., 2017; Lysdahl et coll., 2017). Lorsque la topographie du socle rocheux est connue, un levé électromagnétique aéroporté peut donner une estimation satisfaisante de la présence d’argile sensible à l’échelle régionale.

Liste des références

Andersson-Sköld, Y., Torrance, J., Lind, B., Odén, K., Stevens, R., & Rankka, K. (2005). Quick clay - A case study of chemical perspective in Southwest Sweden. Engineering Geology, 82, pp. 107-118.

Bazin, S. & Pfaffhuber, A.A. 2013. Mapping of quick clay by electrical resistivity tomography under structural constraint. Journal of Applied Geophysics, 98, 280–287.

Bélanger, K., Locat, A., Fortier, R., & Demers, D. (2017). Geophysical and geotechnical characterization of a sensitive clay deposit in Brownsburg, Quebec. Dans V. Thakur, A. Locat, & J.-S. L'Heureux, Landslides in Sensitive Clays: From Theory to Implementation. Advances in Natural and Technological Hazards. Springer.

Bjerrum, L. (1954). Geotechnical properties of Norwegian marine clays. Geotechnique, 4, pp. 49-69.

Brenner, RP., Nutalaya, P., Chilingarian, G., Robertson, J. (1981) Engineering geology of soft clay. In: Brand EW, Brenner RP (eds) Soft clay engineering. Elsevier.

Calvert, T. H., & Hyde, C. S. (2002). Assessing landslide hazards in the Ottawa Valley using electrical and electromagnetic methods. Dans Proceedings, SAGEEP 2002, Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems. Las Vegas.

Campanella, R. G., & Weemees, I. (1990). Development and use of an electrical resistivity cone for groundwater contamination studies. Canadian Geotechnical Journal, 27, pp. 557-567.

CAN/BNQ 2501-025. (2013). Sols – Analyse granulométrique des sols inorganiques. Conseil canadien des normes et Bureau de normalisation du Québec.

CAN/BNQ 2501-092. (2014). Sols – Détermination de la limite de la limite de liquidité à l’aide d’un pénétromètre à cône et de la limite de plasticité. Conseil canadien des normes et Bureau de normalisation du Québec.

CAN/BNQ 2501-110. (2014). Sols – Détermination de la résistance au cisaillement non drainé et de la sensibilité des sols cohérents à l’aide d’un pénétromètre à cône. Conseil canadien des normes et Bureau de normalisation du Québec. CAN/BNQ 2501-170. (2014). Sols – Détermination de la teneur en eau. Conseil

Crow, H. L., Hunter, J. A., Pugin, A., Pullan, S. E., Alpay, S., & Hinton, M. (2014). Empirical Geophysical/Geotechnical Relationships in the Champlain Sea Sediments of Eastern Ontario. Dans J.-S. L'Heureux (Éd.), Landslides in Sensitive Clays: From Geosciences to Risk Management, pp. 253-263. Springer.

Demers, D., Robitaille, D., Locat, P., & Potvin, J. (2014). Inventory of Large Landslides in Sensitive Clay in the Province of Québec, Canada: Preliminary Analysis. Dans J.-S. L'Heureux (Éd.), Landslides in Sensitive Clays: From Geosciences to Risk Management (pp. 77-89). Springer.

Dahlin, T., Schälin, D., & Tornborg, J. (2014). Mapping of Quick Clay by ERT and CPT-R in the Göta Älv River Valley. Dans J.-S. L'Heureux (Éd.), Landslides in Sensitive Clays: From Geosciences to Risk Management (pp. 217-228). Springer.

Donohue, S., Long, M., L'Heureux, J.-S., Solberg, I.-L., Sauvin, G., Rømoen, M., et