Recommandations

En fonction des erreurs expérimentales qui apparaissent à la section 4.4, les recommandations suivantes sont formulées:

1) de développer des procédures pour la récupération, la conservation et le transport des échantillons de pergélisol dont notamment:

1a) de réaliser les forages et l’échantillonnage du pergélisol riche en glace durant les périodes de l’année où la température de l’air se trouve sous le point de congélation afin de perturber le moins possible les échantillons de pergélisol,

1b) d’utiliser un système de vacuum et de scellage hermétique des sacs de conservation des échantillons de pergélisol immédiatement sur le terrain lors de leur prélèvement pour diminuer leur perturbation,

1c) les essais de consolidation au dégel sur ces échantillons devraient être faits aussitôt que possible pour éviter les longues périodes d’entreposage des échantillons de pergélisol et leur perturbation,

2) de réaliser en hiver les essais de consolidation au dégel et d’aérer le laboratoire de géophysique appliquée lors de ces essais en ouvrant une fenêtre afin de maintenir la température ambiante dans ce laboratoire à un niveau acceptable pour ne pas nuire à la réalisation d’un essai,

3) le circuit hydraulique du banc d’essai de consolidation au dégel devrait être optimisé afin de diminuer les manipulations requises à l’intérieur du cabinet réfrigéré durant les essais (une solution serait d’ajuster la circulation des fluides dans tout le système à l’aide de la nouvelle pompe de circulation et d’un nouveau système de valves et soupapes directionnelles (Figure 4.12)),

4) afin de diminuer la différence de température du liquide entre celle observée dans chacun des réservoirs des bains de circulation et la température obtenue dans la cellule œdométrique, des tuyaux isolés spécialement conçus pour la circulation de fluide réfrigérant devraient remplacer les tuyaux standards actuellement en place dont l’isolation est déficiente,

86

5) afin de vérifier si le capteur de pression connecté à la base de la cellule œdométrique est à l’origine des valeurs erratiques de pressions interstitielles mesurées à la base des échantillons de pergélisol lors des essais de consolidation au dégel, une série d’essais devrait être réalisée. En premier lieu, une méthodologie doit être développée pour s’assurer de la saturation complète de la base de la cellule œdométrique et du capteur de pression. Ensuite, il serait pertinent d’effectuer un essai à pression constante dans la cellule œdométrique dans le but d’analyser les variations de lectures de pression en fonction du changement de température. En outre, il serait intéressant de vérifier la variation de pression dans la cellule œdométrique durant la phase de dégel avec des échantillons fictifs tels un bloc de glace usiné ou un échantillon de pergélisol fabriqué en laboratoire. Par ailleurs, le capteur de pression permet de prendre des valeurs précises mais il n’est peut-être pas optimal pour être utilisé dans cet environnement. Une investigation du capteur de pression et des causes possibles du comportement erratique des variations de pression interstitielle à la base de la cellule œdométrique est nécessaire.

6) pour combler le manque criant de normes pour les essais de consolidation au dégel du pergélisol, des balises claires qui décrivent les manipulations de l’échantillon lors de l’usinage (échantillon immobile dans une position verticale dans un système de support vertical par rapport à un outil de coupe en rotation, vitesse de rotation des couteaux en fonction de la vitesse d’avancement de l’échantillon dans l’outil de coupe, rapport longueur sur diamètre de l’échantillon), les phases de conditionnement et de retour à la température ambiante à la fin d’un essai de consolidation, les manipulations des valves pour la circulation des fluides des bains de circulation et la détermination des charges initiales devraient être développées en concordance avec les méthodologies présentées aux chapitres 2 et 3.

87

Figure 4.12: Montage de la nouvelle pompe pour augmenter le débit du liquide du bain de circulation déficient. A) Vue de côté de la pompe installée sous la table du banc d’essai. B) Vue de devant de la pompe et du nouveau système de valves directionnelles.

B

A

88

Conclusions

Les objectifs fixés dans le cadre de cette étude de la consolidation au dégel du pergélisol riche en glace ont été atteints. En effet, il a été démontré qu’il est possible de réaliser des essais de consolidation au dégel à grandes déformations sur des échantillons de pergélisol riche en glace. Une cellule œdométrique de grand volume a été fabriquée pour accueillir un échantillon de pergélisol de 63 mm de diamètre et d’une longueur de l’ordre de 14 à 15 cm. Le rapport longueur sur diamètre des échantillons doit être élevé pour avoir une bonne représentativité de l’hétérogénéité du pergélisol. Il a aussi été démontré qu’il est possible de récupérer, de transporter et d’usiner des échantillons de pergélisol riche en glace tout en évitant des perturbations et en conservant l’échantillon intact. Une méthode d’usinage d’échantillons de pergélisol riche en glace a été mise au point qui minimise les contraintes de cisaillement lors de l’usinage et qui permet l’usinage de longs échantillons afin d’avoir un rapport longueur sur diamètre élevé (Chapitre 3). Un banc d’essai de consolidation au dégel à grandes déformations d’échantillons de pergélisol riche en glace et de mesure de la conductivité hydraulique des échantillons dégelés a été développé et mis au point (Chapitres 2 et 4). Cette méthode d’usinage et ce banc d’essai ont été testés en réalisant plusieurs essais de consolidation au dégel d’échantillon de pergélisol riche en glace (Chapitre 4 et Annexes F à I). Les propriétés de consolidation au dégel du pergélisol riche en glace et la conductivité hydraulique des échantillons dégelés ont été déterminées (Chapitre 4 et Annexes F à I).

Dans le cadre de ce projet de recherche, une méthodologie originale a été développée pour la réalisation d’essais de consolidation au dégel à grandes déformations d’échantillons de pergélisol riche en glace. Pour arriver à cette méthodologie, plusieurs essais ont été réalisés avec des résultats mitigés. Cependant, après chaque essai, des diagnostics ont été posés sur les problèmes rencontrés et des modifications ont été apportées afin d’améliorer la méthodologie. À la suite de quelques-uns de ces échecs, l’ajout d’un cabinet réfrigéré autour de la

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cellule œdométrique a amélioré sensiblement le contrôle environnemental de l’essai. Ce cabinet permet de contrôler beaucoup plus efficacement la température de la cellule œdométrique et, par conséquent, la vitesse et la direction de propagation du front de dégel dans la cellule œdométrique et l’échantillon. De plus, tous les instruments, dont les thermistances de précision dans la cellule œdométrique, ont été étalonnés soigneusement. Également, le système de chargement à poulie a été compensé et la charge initiale pour vaincre le frottement dans tout le système a été évaluée.

De plus, durant le processus d’optimisation de l’essai de consolidation au dégel, les méthodes d’échantillonnage du pergélisol, de transport, de conservation et d’usinage des échantillons de pergélisol ont été soit testées ou soit développées. Des recommandations ont été formulées telles que le moment de l’année où il est préférable d’échantillonner le pergélisol, soit lorsque la température de l’air se trouve sous le point de congélation afin d’éviter de modifier les propriétés du pergélisol à l’état intact, la conservation sous vide dans des sacs hermétiques des échantillons la plus courte possible avant de réaliser les essais de consolidation au dégel afin de conserver intact les échantillons et d’éviter toute modification de leurs propriétés physiques.

L’usinage des échantillons de pergélisol riche en glace est un élément critique de la méthodologie développée dans le cadre de ce projet de recherche. Une méthode innovatrice d’usinage a été développée qui a fait l’objet d’un article et d’une présentation lors de la tenue à Québec en 2019 de la Conférence internationale sur l’ingénierie des régions froides conjointe à la Conférence canadienne sur le pergélisol (ICCRE-CPC). L’élément clé de cette nouvelle méthode d’usinage réside dans le fait que l’échantillon de pergélisol est immobilisé en position verticale dans un étau spécial à deux axes horizontaux de déplacements fins. Le système d’usinage composé de quatre niveaux de coupe avec des couteaux au carbure est en rotation à faible vitesse sur la tête d’une perceuse à colonne. Pour la méthode usuelle d’usinage proposée dans la littérature, l’échantillon tourne sur un l’axe

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horizontal d’un tour à métal à des vitesses excessives de plus de 600 rotations par minute. Les contraintes de cisaillement sur l’échantillon vertical et immobile sont minimisées par la méthode d’usinage développée dans le cadre de ce projet de recherche. Les risques de fissurer et de perdre les échantillons sont très faibles. Cette nouvelle méthode d’usinage diminue également les perturbations que l’échantillon pourrait subir lors de l’usinage. Le contrôle de l’effort de coupe et la réduction de la vitesse de coupe sont des facteurs importants qui influencent la diminution des pertes d’échantillon de pergélisol lors de l’usinage.

Les résultats de l’essai abrégé no. 010819 et de l’essai complet no. 030818 de consolidation au dégel d’échantillon de pergélisol riche en glace présentés dans ce mémoire de maîtrise sont concluants, car ils sont comparables avec les résultats dans la littérature (Chapitre 4). Entre autres, les résultats sont concluants parce que

les valeurs du taux de dégel imposé α, du coefficient de consolidation c_v et du ratio

de consolidation au dégel R sont du même ordre de grandeur que les résultats trouvés dans la littérature pour des types de sol semblables. Les meilleurs résultats obtenus sont ceux de l’essai abrégé no. 010819 avec un taux de dégel α de 0.045 cm/s1/2_{, un coefficient de consolidation c}

v de 9.26 x 10-4 cm2/s et un rapport de

consolidation au dégel R de 0.74 pour un échantillon de pergélisol riche en glace dans les sédiments marins d’Umiujaq prélevé dans une butte de pergélisol. Ces résultats correspondent à ceux obtenus par Fortier et coll. (2015) pour un essai de consolidation au dégel du pergélisol à échelle réelle réalisé le long d’un remblai routier construit sur un pergélisol riche en glace dans les sédiments marins

d’Umiujaq où un taux de dégel α de 0.043 cm/s1/2_{, un coefficient de consolidation c}

v

qui varie entre 4.34 x 10-4 _{et 7.93 x 10}-4 _cm2_{/s et un rapport de consolidation au dégel}

R qui varie entre 0.756 et 1.021 ont été déterminés. Dans le cas du meilleur essai complet, l’essai no. 030818, les valeurs de conductivité hydraulique k varient entre

4.16 x 10-6 _{et 1.88 x 10}-4 _{cm/s en fonction de la contrainte axiale appliquée. Une}

diminution de la conductivité hydraulique a été observée lors des paliers de chargement de l’essai de consolidation normalisé en sur-consolidant l’échantillon

91

après le dégel. En effet, en augmentant la charge appliquée sur l’échantillon, l’indice des vides diminue et les fins vides planaires laissés suite au dégel des lentilles de glace de ségrégation dans l’échantillon se referment. Par conséquent, la conductivité hydraulique diminue d’un ou plusieurs ordres de grandeur.

Pour conclure ce projet de recherche, plusieurs normes devront être développées afin de fournir des balises claires pour la réalisation d’essais de consolidation au dégel d’échantillons de pergélisol riche en glace. La méthodologie présentée (Chapitres 2 et 3) et les recommandations formulées (Chapitre 4) dans le présent mémoire de maîtrise sont des avenues potentielles pour établir ces normes. Il est recommandé que plusieurs essais de consolidation au dégel avec différents types de pergélisol soient réalisés. Les résultats obtenus de ces essais permettront d’anticiper statistiquement les tassements au dégel des environnements pergélisolés au Nunavik (Québec) en voie de dégradation dans le contexte actuel de réchauffement climatique. Un projet de recherche dédié uniquement à l’échantillonnage du pergélisol à différents endroits dans la région d’Umiujaq, à l’usinage et aux essais de consolidation au dégel permettrait d’atteindre ce but.

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96

Annexe A

97

Figure A.1: Carte descriptive des dépôts de surface de la vallée Tasiapik. Modifiée de Banville (2016) et de POLY-GÉO Inc. (2014). La butte de pergélisol identifiée par un symbole X avec l’acronyme AML (Anne-Marie LeBlanc) est le site d’étude où le pergélisol riche en glace a été échantillonné pour réaliser les essais de consolidation au dégel.

98

Annexe B

Résultat d’une analyse granulométrique par tamisage et laser

des sédiments marins échantillonnés dans la butte de pergélisol à Sylvie Buteau (site SB dans la figure A.1) dans la vallée Tasiapik à Umiujaq, Nunavik

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Figure B.1: Analyse granulométrique d’un échantillon de silt sableux récupéré sur le site de la Butte SB.

100

Annexe C

101 Entrée et sortie du liquide au piston Arrivée de la bouteille de Mariotte Raccordement des six thermistances

Vers le cylindre gradué pour l’essai de conductivité hydraulique Entrée et sortie du liquide à la base Entrée et sortie du liquide à la spirale (non illustrée)

Schéma de la cellule œdométrique Coupe A-A’ (vue latérale)

A

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Schéma de la cellule œdométrique Coupe B-B’ (vue de dessus)

Raccordement des six thermistances Entrée et sortie du liquide à la spirale Entrée et sortie du liquide à la base Vers le cylindre gradué pour l’essai

de conductivité hydraulique Vers le capteur de