En 2008, le ministère de la Voirie et des Travaux publics du Yukon a mis en place un site d’étude au kilomètre 1865 de la route de l’Alaska, soit au sud-est de la communauté de Beaver Creek (coordonnées géographiques : 62°20' N; 140°50' W). Ce site d’étude comprend 12 sections expérimentales construites en zone de pergélisol discontinu dans le but d’évaluer différentes techniques de protection visant à atténuer la dégradation du pergélisol.
Un schéma du site est proposé à la figure 5.1 et présente chacune des sections. Les sections sont d’une longueur de 50 m et sont instrumentées d’un ou de plusieurs câbles pourvus de capteurs de température, représentés sur le schéma par des cylindres orange. Ces câbles sont installés
talus ou au pied du talus. Les capteurs enregistrent la température du sol à différentes profondeurs dans le matériau de remblai et dans le sol naturel six fois par jour depuis le 1er octobre 2008. Les
données sont accessibles via le site SCADA du gouvernement du Yukon.
Figure 5.1 : Schéma des 12 sections construites au site expérimental de Beaver Creek (M. Lepage, 2015).
En vue de modéliser le régime thermique sous un remblai routier en fonction de l’albédo du revêtement, les sections 5 et 12 du site expérimental de Beaver Creek sont celles d’intérêt. Elles représentent respectivement la section témoin de traitement de surface, et la section à albédo élevé utilisant des granulats clairs d’origine calcaire (L-BST). L’utilisation des granulats clairs permet de diminuer l’absorption de chaleur par la radiation solaire sous la chaussée puisque l’albédo est plus élevé que les granulats normalement utilisés. La hauteur du remblai est de 5,2 m pour la section témoin et de 4,3 m pour la section L-BST. Les différentes profondeurs des capteurs de température installés sous le centre de la chaussée des deux sections sont présentées à la figure 5.2.
(a) (b)
Figure 5.2 : Profondeur des capteurs (a) section témoin et (b) section L-BST (M. Lepage, 2015).
Les régimes thermiques des sections témoin et L-BST ont été obtenus suite à l’analyse des données collectées par chacun des capteurs situés sous le centre de la chaussée. Les régimes thermiques des années 2009 et 2010 de la section exempte de technique de protection sont affichés par trois différentes courbes à la figure 5.3 et à la figure 5.4 respectivement. Les capteurs de température sont représentés par des points et leur profondeur varie entre 4,9 m et -10,3 m. La courbe en bleu représente les températures annuelles minimales, celle en rouge représente les températures annuelles maximales et celle en vert représente les températures annuelles moyennes. Le calcul des températures annuelles est basé sur des moyennes mensuelles. La courbe verte permet d’analyser le gradient thermique moyen annuel et d’établir le bilan thermique de la section. Le bilan sert à identifier si le sol naturel est en équilibre thermique, ou si l’extraction ou l’apport de chaleur est plus important. L’axe des abscisses représente l’interface entre le sol naturel et le matériau de remblai.
Figure 5.3 : Régime thermique de la section témoin du site de Beaver Creek pour l’année 2009.
L’analyse du régime thermique de l’année 2009 présenté à la figure 5.3 permet de tirer les conclusions suivantes. Le gradient thermique moyen se rapproche de zéro dans les matériaux de remblai, indiquant un équilibre thermique et il est légèrement positif dans le sol naturel, indiquant que l’apport de chaleur dans le sol est plus important que son extraction. Le plafond du pergélisol est situé à 1,0 m sous la surface du sol naturel et sa température est de -0,3 °C. À 10,3 m de profondeur, le pergélisol est à une température moyenne de -0,6 °C. En 2010, la température annuelle moyenne de l’air était plus élevée de 1,0 °C comparativement à l’année 2009. Le régime thermique de l’an 2010 est présenté à figure 5.4 et le gradient thermique est majoritairement positif, impliquant un réchauffement des matériaux de remblai et du sol naturel. Le plafond du pergélisol s’est abaissé de 0,4 m pour atteindre 1,4 m de profondeur sous le sol naturel à une température de -0,2 °C et la température du pergélisol est maintenue à -0,6 °C à 10,3 m de profondeur.
Puisque la température moyenne du sol à l’interface remblai et sol naturel est un paramètre important de l’approche du modèle, cette valeur est présentée dans cette section. Les températures annuelles moyennes de la section témoin des années allant de 2009 à 2012 sont présentées à la figure 5.5. La température moyenne du pergélisol à l’interface était de -0,33 °C en 2009, de 0,16 °C en 2010, de -0,15 °C en 2011 et de -0,12 °C en 2012. En 2010, la TAMA était la plus élevée des quatre années de suivi et correspond à la température du pergélisol à l’interface la plus élevée. L’année 2013 et les suivantes ne sont pas présentées puisque des erreurs liées à deux des capteurs n’ont pas permis le calcul de la température moyenne du pergélisol à cette profondeur.
Le profil thermique de la section L-BST pour l’année 2010 est montré à la figure 5.6. Celui de l’année 2009 n’est pas présenté puisque les données du mois de janvier sont incomplètes et occasionnent des moyennes erronées. Le plafond du pergélisol est situé à 0,7 m au-dessus du sol naturel et la température du pergélisol est de -0,6 °C à 10,8 m de profondeur.
Figure 5.6 : Régime thermique de la section L-BST du site de Beaver Creek pour l’année 2010.
Les températures annuelles moyennes du pergélisol à l’interface remblai/sol naturel de la section L-BST pour les années allant de 2010 à 2012 sont présentées à la figure 5.7 et étaient de -0,65 °C en 2010, de -0,82 °C en 2011 et de -0,84 °C en 2012. Les températures à l’interface sont plus faibles que celles observées sous la section témoin. De plus, le gradient de température moyen entre l’interface et le pergélisol est négatif, puisque la température à l’interface est plus faible que celle du pergélisol, qui est de -0,6 °C. Cette observation implique que la balance énergétique est négative. La section L-BST semble donc réduire significativement l’absorption de chaleur sous le remblai pendant la période estivale (M. Lepage, 2015).
Figure 5.7 : Température du sol à l’interface remblai et sol naturel de la section L-BST pour la période de 2010 à 2012.