Les résultats obtenus d’une série de simulations sont présentés dans cette section afin de mettre en relation trois éléments fondamentaux, soit la température du pergélisol à diverses profondeurs, l’albédo de la surface et la hauteur du remblai routier. Les conditions climatiques imposées au modèle proviennent de simplifications décrites précédemment. L’utilisation de données climatiques simplifiées présente l’avantage d’imposer comme condition limite supérieure au modèle une température en surface du revêtement sous forme de distribution sinusoïdale. Les données climatiques présentées à la figure 6.4, caractérisées par une TAMA de -4,9 °C ont été intégrées au calcul des températures superficielles pour des albédos de surface situés entre 0,05 et 0,45. Ainsi, les simulations numériques ont été lancées à partir des conditions climatiques de Beaver Creek, pour une température du pergélisol de -0,6 °C et pour une hauteur de remblai variant entre 1 et 5 m. Les résultats de cette série de simulation sont présentés, d’une part, par des profils thermiques annuels pour illustrer l’effet du décalage thermique à la surface du pergélisol et d’autre part, sous forme de températures annuelles moyennes du sol en fonction de la profondeur pour évaluer le gradient de température en profondeur sous le sol naturel.
Les profils thermiques du pergélisol obtenus des simulations sélectionnées pour un albédo variant entre 0,05 et 0,45 sont présentés. La figure 6.5 et la figure 6.6 tracent les courbes des températures annuelles maximales, minimales et moyennes, basées sur des températures moyennes mensuelles.
Figure 6.5 : Profil thermique présentant les résultats des simulations pour des hauteurs de remblai variant entre 1 et 5 m, pour un albédo de surface de 0,15 (haut) et 0,25 (bas), une température du pergélisol de -0,6 °C et une TAMA de -4,9 °C.
Figure 6.6 : Profil thermique présentant les résultats des simulations pour des hauteurs de remblai variant entre 1 et 5 m, pour un albédo de surface de 0,45, une température du pergélisol de -0,6 °C et une TAMA de -4,9 °C.
Pour certains des cas présentés à figure 6.5 et à la figure 6.6, la température à la surface moyenne est supérieure à la température au niveau du plafond du pergélisol et cette observation est dû à l’effet du décalage thermique à la surface, comme expliqué à la section 1.1.1. L’effet prononcé du décalage thermique à la surface est illustré à la figure 6.5 pour un remblai de 1 m ayant un albédo de 0,05 et de 0,25. Il est de -2,20 °C et de -1,63 °C respectivement, c’est-à-dire que la température au niveau du plafond du pergélisol est plus froide que la température à la surface du revêtement. Cette observation est principalement dû à la teneur en eau élevée de la couche de tourbe comparativement aux matériaux de remblai. L’effet du décalage thermique à la surface augmente avec l’augmentation de la teneur en eau d’un sol dans la couche active puisque les propriétés thermiques du sol subissent les variations saisonnières. L’effet du décalage thermique à la surface est également visible pour un albédo de 0,05 et un remblai de 3 et de 5 m; son effet est de –1,20 °C et de -0,76 °C respectivement. Dans le cas d’un albédo de surface de 0,25, il n’y a pas d’effet de décalage thermique à la surface pour un remblai de 5 m puisque la température à la surface du revêtement est inférieure à la température au niveau du plafond du pergélisol. Par contre, pour une hauteur de remblai de 3 m, son effet est visible et il est de -0,43 °C. Pour un albédo de 0,45, il n’y a pas d’effet de décalage thermique à la surface pour un remblai de 3 et de 5 m, comme présenté à la figure 6.6. Par contre, pour un remblai d’une hauteur de 1 m, son effet est présent et il est de -1,0 °C. L’effet du décalage thermique à la surface est compilé à la figure 6.7.
Figure 6.7 : Effet du décalage thermique à la surface en fonction de l’albédo de la surface pour différentes hauteurs de remblai.
Une relation linéaire entre l’albédo de la surface et le décalage thermique est tracée pour un remblai de 1 m de hauteur. D’abord, l’effet du décalage thermique à la surface est diminué avec l’augmentation de la hauteur de remblai puisque la teneur en eau volumique des matériaux granulaires modélisés est faible, soit de 5 %
l’augmentation de l’albédo de la surface permet d’obtenir une température de surface plus faible et ainsi de diminuer l’effet du décalage thermique. Le décalage thermique le plus important est observé pour un remblai de 1 m ayant un albédo de surface de 0,05.
Ensuite, la figure 6.8 regroupe les températures annuelles moyennes modélisées en fonction de la profondeur selon différentes hauteurs de remblai et albédos de surface pour la série de simulations présentées précédemment. Elle correspond à une version simplifiée des profils thermiques présentés à la figure 6.5 et à la figure 6.6.
Figure 6.8 : Températures annuelles moyennes modélisées à l’interface remblai/sol naturel selon différentes hauteurs de remblai et albédos de surface, pour un pergélisol à une température de -0,6 °C à 15 m de profondeur et un TAMA de -4,9 °C.
D’abord, pour une température de surface annuelle supérieure à 0 °C (obtenue pour un albédo de 0,05), l’augmentation de la hauteur de remblai permet de diminuer la température à l’interface. Ainsi, dans ce cas seulement, le rehaussement du remblai routier est avantageux puisqu’il permet une diminution de la couche active du pergélisol. Pour une température superficielle du revêtement située près de 0 °C (obtenue pour un albédo de 0,15), la hauteur du remblai a peu d’influence sur la température à l’interface. Finalement, pour des températures en surface inférieures à 0 °C, il n’est pas bénéfique d’augmenter l’épaisseur du remblai routier, particulièrement pour des albédos plus élevés. Pour les courbes représentées par un albédo de surface égal ou supérieur à 0,25, la température à l’interface pour un remblai de 1 m de hauteur est dans tous les cas plus faible que celle observée pour un remblai de 3 ou de 5 m. La figure 6.8 illustre qu’un albédo de 0,25 permet de stabiliser thermiquement le pergélisol selon l’approche du modèle décrite puisque la température à l’interface est plus froide que la température du pergélisol. Cette constatation se rapproche des observations tirées du site de Beaver Creek, soit que la section L-BST ayant un albédo de 0,23 a permis de stabiliser thermiquement le pergélisol sous le remblai routier contrairement à la section témoin ayant un albédo de 0,14.