Limites de l’étude et comparaison avec autres études

Pour l’argile de Saint-François-de-la-Rivière-du-Sud, la valeur de résistivité électrique qui permet de séparer l’argile sensible au remaniement de celle qui ne l’est pas est de 12 Ω-m. Cette valeur est valable autant pour l’argile sensible au remaniement (Sur < 1 kPa) que pour celle extra-sensible (Sur< 0.5 kPa). La salinité de l’eau interstitielle associée à cette valeur de résistivité électrique est de 2.8 g/l. C’est-à-dire que l’argile dont la salinité de l’eau interstitielle est supérieure à 2.8 g/l n’est pas sensible au remaniement alors que celle dont la salinité de l’eau interstitielle est plus faible est sensible au remaniement. Ces valeurs pour l’argile de Saint-François-de- la-Rivière-du-Sud sont semblables à celles de plusieurs études récentes. En effet, une valeur de résistivité électrique de 10 Ω-m a été déterminée pour les argiles extra-sensibles dans les études de Solberg et coll. (2008), Donohue et coll. (2012), Solberg et coll. (2012), Crow et coll. (2014), Shan et coll. (2014) et Solberg et coll. (2016). De plus, Dahlin et coll. (2005; 2014), Crow et coll. (2014) et Solberg et coll. (2016) ont également déterminé qu’une salinité de l’eau interstitielle inférieure à 2 g/l permet de discriminer une argile sensible au remaniement dans un dépôt d’argile.

Toutefois, des valeurs de résistivité électrique plus faibles de l’ordre de 5 à 6 Ω-m ont été trouvées lors d’autres études (Lundstrom et coll., 2009; Bazin et Pfaffhuber, 2013; Dahlin et coll., 2013; 2014; Löfroth et coll., 2012). Lundstrom et coll. (2009) et Donohue et coll. (2014) mentionnent que les valeurs plus faibles de résistivité électrique sont souvent observées au niveau des argiles suédoises qui contiendraient moins de silt que les argiles norvégiennes où une limite de 10 Ω-m est plutôt utilisée pour un Sur inférieur à 0.5 kPa.

Au Canada, Bélanger et coll. (2017) ont observé une valeur de résistivité électrique supérieure à 2.8 Ω-m et une salinité de l’eau interstitielle inférieure à 6.2 g/l pour discriminer une argile sensible au remaniement (Sur < 1 kPa). Toutefois, pour les argiles extra-sensibles (Sur < 0.5 kPa), une résistivité électrique de 5 Ω-m et une salinité de 2.5 g/l permettaient de délimiter l’argile saline de l’argile lessivée, ce qui se rapproche des valeurs normalement observées pour les argiles suédoises pour un Sur semblable.

Il est important de souligner que chaque site d’étude possède ses propres caractéristiques qui peuvent influencer grandement les mesures obtenues notamment au niveau de la résistivité électrique. Dans le cadre du présent projet, les différentes unités présentes en place offraient des caractéristiques distinctes et qui influençaient chacune à leur façon la mesure de la résistivité électrique.

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Conclusion

Dans le but de cartographier l’argile sensible au remaniement dans des dépôts d’argile, des investigations géotechnique et géophysique ont été réalisées pour caractériser un dépôt d’argile à Saint-François-de-la- Rivière-du-Sud pour évaluer si la méthode de tomographie de résistivité électrique est adéquate à cette fin. Différents travaux de recherche récents démontrent qu’il y a des corrélations entre certaines propriétés géotechniques de l’argile et la résistivité électrique. L’objectif spécifique du présent projet de recherche est d’établir des corrélations entre la résistivité électrique de l’argile de Saint-François-de-la-Rivière-du-Sud et leurs propriétés géotechniques indicatrices de leur sensibilité au remaniement. Les propriétés géotechniques considérées pour déterminer si les dépôts d’argile dans l’est du Canada sont susceptibles aux grands glissements de terrain sont la résistance au cisaillement non drainé à l’état remanié et l’indice de liquidité. Les critères canadiens pour la susceptibilité aux glissements de terrain fortement rétrogressifs sont une résistance au cisaillement non drainé à l’état remanié inférieure à 1 kPa et un indice de liquidité supérieur à 1.2 (Tavenas, 1984).

Le dépôt d’argile du site de Saint-François-de-la-Rivière-du-Sud a été choisi étant donné la présence de différentes unités d’argile qui ont des propriétés géotechniques différentes les unes des autres selon un sondage et un forage qui avaient été réalisés préalablement dans le secteur en 2009. Les résultats des essais réalisés sur les échantillons prélevés lors de ce forage ont confirmé la présence d’une couche d’argile sensible au remaniement. Ce site d’étude est donc idéal pour évaluer si la tomographie de résistivité électrique a bon potentiel pour discriminer les unités de ce dépôt d’argile avec différentes propriétés géotechniques. Le contexte géologique de ce site d’étude offre également l’opportunité d’étudier l’effet du lessivage sur le dépôt d’argile selon l’épaisseur du dépôt le long de la ligne de levé.

L’investigation géophysique comprend deux tomographies de résistivité électrique avec un espacement inter-électrodes de 5 m et trois autres à plus haute résolution avec un espacement inter-électrodes de 1 m. Des levés de microvibration à l’aide d’un séismomètre triaxial ont été réalisés afin de déterminer la profondeur de l’interface entre le socle rocheux et le dépôt d’argile le long des deux lignes de levé géophysique. L’investigation géotechnique comprend la réalisation d’essais de pénétration au piézocône dont un qui était muni d’un module de résistivité électrique à plusieurs endroits le long de l’une des lignes de levé géophysique. Des échantillons d’argile ont été prélevés lors de forage au droit de trois de ces essais de pénétration au piézocône. Plusieurs essais géotechniques ont été réalisés en laboratoire sur les échantillons d’argile prélevés lors des forages Des analyses minéralogiques ont été également réalisées sur des échantillons pour chacune des unités.

L’investigation géotechnique réalisée dans le cadre du projet a permis de confirmer la présence de quatre unités stratigraphiques dont au moins une d’argile sensible au remaniement. En effet, l’unité A qui se trouve près de

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la surface immédiatement sous la croûte argileuse a une résistance au cisaillement non drainé à l’état remanié qui varie entre 0.16 à 0.31 kPa et un indice de liquidité qui varie de 1.9 à 2.3. L’unité B sous l’unité A a une résistance au cisaillement non drainé à l’état remanié qui varie entre 2.21 à 29.65 kPa et un indice de liquidité qui varie entre 0.45 et 1.08. Cette unité n’est donc pas susceptible aux grands glissements de terrain. Pour les unités C et D, les propriétés géotechniques changent de façon importante entre les deux tiers au nord de la ligne de levé et le tiers au sud de la ligne de levé. En effet, au nord de la ligne de levé, l’unité C a une résistance au cisaillement non drainé à l’état remanié entre 3.14 et 14.39 kPa et celle de l’unité D varie entre 7.99 et 20.98 kPa alors que, du côté sud de la ligne de levé, la résistance au cisaillement non drainé à l’état remanié des unités C et D varient entre 0.27 et 0.69. Les unités C et D ont un indice de liquidité qui varie respectivement entre 0.52 et 0.91 et entre 0.38 et 0.72 au nord et au centre de la ligne de levé alors qu’au sud, là où le dépôt d’argile est moins épais, l’indice de liquidité varie entre 1.62 et 1.94 pour l’unité C et il est de l’ordre de 1.36 pour l’unité D. Les conditions nécessaires pour une susceptibilité aux grands glissements de terrain, en termes de propriétés géotechniques, sont donc rencontrées au sud de la ligne de levé, notamment là où l’épaisseur du dépôt est de l’ordre de 25 à 30 m.

Ces essais géotechniques en laboratoire sur les échantillons ont également permis de déterminer la salinité de l’eau interstitielle pour chacun des échantillons à partir de la conductivité électrique de l’eau interstitielle mesurée à l’aide d’un conductivitémètre. La salinité de l’eau interstitielle de l’unité A varie entre 0.86 et 2.59 g/l alors que celle de l’unité B varie entre 2.93 et 6.61 g/l. Pour les unités C et D, la salinité est plus élevée au nord et au centre de la ligne de levé alors qu’elle est substantiellement plus faible au sud de la ligne de levé. En effet, la salinité de l’unité C varie entre 8.07 et 22.37 g/l au centre et au nord de la ligne de levé, alors qu’elle est de l’ordre de 0.4 g/l au sud de la ligne de levé. La salinité de l’unité D varie entre 13.02 et 27.75 g/l au centre et au nord de la ligne de levé et elle est de l’ordre de 0.5 g/l au sud de la ligne de levé. La résistivité électrique de l’argile a été obtenue à l’aide de la méthode de tomographie de résistivité électrique. Les tomographies à haute résolution qui ont été réalisés avec un espacement inter-électrodes de 1 m ont permis de valider que les tomographies avec un espacement inter-électrodes de 5 m sont bonnes même si la résolution du modèle de résistivité électrique obtenu de la tomographie avec un espacement inter-électrodes plus grand est plus faible près de la surface du modèle. Les tomographies avec une meilleure résolution n’ont toutefois pas été utilisées pour établir les corrélations puisque la profondeur d’investigation de ces tomographies n’est pas suffisante pour investiguer toutes les unités du dépôt. La résistivité électrique a également été obtenue au site du forage 60065 à l’aide d’un essai de pénétration au piézocône muni d’un module de résistivité électrique. Ceci a permis de valider que le modèle de résistivité électrique représente bien les conditions in situ du dépôt d’argile au droit du forage 60065. La résistivité électrique varie le long du modèle de résistivité électrique selon l’unité d’argile et selon la position le long de la ligne de levé. L’unité A est caractérisée par une résistivité électrique qui varie entre 12.5 et 21.3 Ω-m. L’unité B a une résistivité électrique qui varie entre 7.8 et 29.65 Ω-m. Les unités C et D ont

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une résistivité électrique qui varie respectivement entre 3.4 et 7.8 Ω-m et entre 3.4 et 8.1 Ω-m au nord et au centre de la ligne de levé alors qu’au sud, là où le dépôt d’argile est moins épais, la résistivité électrique varie entre 31.2 et 38.3 Ω-m pour l’unité C et il est de l’ordre de 51 Ω-m pour l’unité D.

La granulométrie observée au sein de chacune des unités est légèrement différente. L’unité A a un contenu en argile qui varie entre 31 et 61%, avec la valeur la plus élevée qui se trouve en surface. Le contenu en silt varie entre 26 et 60% avec la valeur la plus élevée qui se trouve en profondeur. La composition en sable de l’unité A varie entre 1 et 25%. La composition granulométrique de l’unité B est plus grossière. Son contenu en argile est plus faible que celle des autres unités avec des valeurs de l’ordre de 25%, alors que son contenu en silt se situe entre 60 et 72%. La composition en sable de l’unité B est relativement faible avec des valeurs de l’ordre de 3 à 7%, mais elle peut atteindre 18% au sud de la ligne de levé. Pour l’unité C, le contenu en argile varie de 25 à 43% alors que le contenu en silt est de l’ordre de 54 à 67% avec la valeur la plus élevée qui a été observée au sud de la ligne de levé. Pour le contenu en sable, il varie en 0.3 et 4.6 %. L’unité D a un contenu en argile qui varie entre 36 et 40%, un contenu en silt entre 51 et 61% et un contenu en sable entre 1 et 4.6%, sauf pour un échantillon au centre de la ligne de levé dont le contenu en sable atteint 12%.

Il existe des corrélations entre la résistance au cisaillement non drainé à l’état remanié, l’indice de liquidité et la salinité de l’eau interstitielle. En effet, plus la salinité est grande, plus la résistance au cisaillement à l’état remanié est élevée alors que l’indice de liquidité suit une relation inverse puisque qu’il diminue au fur et à mesure que la salinité augmente. La valeur de salinité de l’eau interstitielle qui permet de discriminer l’argile sensible au remaniement est inférieure à 2.8 g/l. Toutefois, il n’y a pas de corrélation nette entre les différentes variables et la salinité notamment lorsque la salinité est inférieure à 2.8 g/l où le nuage de points expérimentaux est très dispersé. Il existe aussi des corrélations entre la résistivité électrique, la résistance au cisaillement non drainé à l’état remanié et l’indice de liquidité. La résistivité électrique est en effet plus élevée lors que la résistance au cisaillement non drainé est faible ou lorsque l’indice de liquidité est élevé. Toutefois, il a été observé que des échantillons qui ont une grande résistance au cisaillement non drainé à l’état remanié ou un faible indice de liquidité ont parfois une résistivité électrique élevée. Encore une fois, les nuages de points expérimentaux sont plus ou moins dispersés pour l’argile sensible au remaniement. Selon le graphique double logarithmique de la résistivité électrique en fonction de la salinité de l’eau interstitielle, la relation inverse très nette s’approche d’une loi de puissance notamment lorsque les points expérimentaux de l’unité B qui est plus silteuse sont ignorés. Pour l’argile de Saint-François-de-la-Rivière-du-Sud, tous les échantillons d’argile sensible au remaniement, avec une résistance au cisaillement non drainé à l’état remanié inférieure à 1 kPa et un indice de liquidité supérieur à 1.2 selon les critères canadiens, ont une salinité inférieure à 2.8 g/l et une résistivité électrique supérieure à 12 Ω-m. Toutefois, il est important de noter que ce ne sont pas tous les échantillons d’argile avec

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une résistivité électrique supérieure à 12 Ω-m qui sont sensibles au remaniement. En effet, certains échantillons de l’unité B ont des valeurs de résistivité électrique élevées sans être sensibles au remaniement. Ces échantillons ont un contenu en silt particulièrement élevé comparativement aux autres unités. Il est donc important de considérer la granulométrie de l’argile particulièrement où la résistivité électrique est plus élevée afin de ne pas surestimer l’étendue de l’argile sensible au remaniement à partir des seules valeurs de résistivité électrique observées sur le modèle de résistivité électrique puisque la plage de valeurs de résistivité électrique attendue pour l’argile sensible au remaniement chevauche celle d’autres matériaux plus granulaires tels que le silt ou le sable. En revanche, une faible valeur de résistivité électrique permet de discriminer la présence d’argile saline non sensible au remaniement puisque c’est le seul matériau géologique qui peut présenter une telle plage de faibles valeurs de résistivité électrique.

En conclusion, la méthode de tomographie de résistivité électrique a permis de bien cartographier les zones le long de la ligne de levé du site d’étude de Saint-François-de-la-Rivière-du-Sud où l’argile n’est pas sensible au remaniement et celles où l’argile l’est. Toutefois, il est fondamental de bien comprendre le contexte géologique du site d’étude et du type de dépôt en place pour être en mesure de bien interpréter les résultats obtenus par tomographie de résistivité électrique car cette méthode peut parfois donner l’impression qu’il y a la présence d’une couche d’argile sensible au remaniement alors qu’elle ne l’est pas. Il est donc important d’effectuer des investigations géotechniques pour optimiser l’utilisation des différentes méthodes géophysiques telle que la tomographie de résistivité électrique. D’un autre côté, l’utilisation de la tomographie de résistivité électrique peut également optimiser les campagnes de sondages et de forages en permettant de cibler plus précisément les zones d’intérêts où il serait intéressant d’investiguer davantage.

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Recommandations

Dans la mesure du possible, afin de bien optimiser l’investigation géotechnique et les possibilités d’obtenir des échantillons d’argile pour valider le modèle de résistivité électrique, il est souhaitable de réaliser les tomographies de résistivité électrique avant le début de la campagne de sondages et de forages. En effet, les zones anomales de résistivité électrique dans un modèle de résistivité électrique obtenu de l’inversion d’une tomographie de résistivité électrique d’un dépôt d’argile sont des cibles potentielles à investiguer lors d’une campagne de sondages et de forages.

De plus, afin d’éviter les mauvaises surprises lors de l’analyse des données, il est fortement suggéré de bien inspecter et de tester les appareils qui seront utilisés, notamment les composantes qui seront utilisées lors de la réalisation de la tomographie de résistivité électrique, avant de se lancer dans une investigation géophysique afin de détecter des bris qui pourraient influencer les données et les rendre inutilisables.

Il est également recommandé de coupler la méthode de tomographie de résistivité électrique avec une méthode sismique pour estimer la profondeur du contact entre le dépôt d’argile et le roc. Cette information permet de contraindre l’inversion de la tomographie de résistivité électrique pour produire un modèle de résistivité électrique et de mieux représenter la géologie en place dans ce modèle. En effet, au lieu d’avoir une augmentation graduelle de la résistivité électrique sur plusieurs mètres pour passer des valeurs relativement faibles de résistivité électrique de l’argile à celles plus élevées du roc, l’intégration du contact entre le dépôt argileux et le socle rocheux permet de limiter l’étendue verticale de cette augmentation de résistivité électrique. Dans le but d’éviter d’avoir plusieurs variables inconnues qui pourrait influencer la résistivité électrique de l’argile, il est recommandé de faire plus de recherches dans des contextes géologiques différents, notamment là où le dépôt argileux serait plus homogène. Ceci permettrait d’avoir un portrait plus juste de la valeur de résistivité électrique pour discriminer l’argile sensible au remaniement.

Dans le cas où le site d’étude aurait une géologie plus complexe avec des unités d’argile relativement différentes les unes des autres, tel que rencontré dans le site d’étude de Saint-François-de-la-Rivière-du-Sud, il est recommandé d’effectuer des essais de porosité et de conductivité hydraulique pour permettre de mieux distinguer le rôle de chacune des propriétés sur la variation de la résistivité électrique.

Dans un optique plus large, il serait intéressant d’étudier plus en détails les méthodes de résistivité électrique aéroportées et de voir comment ces méthodes se comparent en termes de couverture surfacique et de résolution du modèle obtenu avec les méthodes terrestres.

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