Supervision par :

Simon Dumais (Membre régulier.ère (co-chercheur.euse))

Description du projet de recherche

Modélisation numérique des déformations dans les fondations des barrages de confinement de résidus miniers en milieu de pergélisol

Introduction

La construction d’infrastructures en régions nordiques, telles que les digues et barrages en terre, implique souvent la manipulation de sols saturés dans des conditions de gel. Ce processus peut mener à la formation involontaire de lentilles de glace au sein même de la structure, créant ce que l’on nomme un « pergélisol anthropique ». L’enfouissement de ces inclusions gelées sous des couches successives de remblai pose un défi majeur : leur dégel éventuel risque d'entraîner des tassements, une perte de résistance au cisaillement et des instabilités structurales coûteuses et dangereuses pour l'environnement.

Objectifs

L'objectif principal de cette recherche est d'évaluer la stabilité thermique à long terme d'ouvrages de retenue contenant des inclusions de glace imprévues. Il s’agit spécifiquement de déterminer quels paramètres physiques et environnementaux exercent la plus grande influence sur l’initiation et la vitesse de dégel de ces lentilles. L’étude vise à hiérarchiser ces variables (telles que la conductivité thermique, la géométrie des inclusions et les conditions climatiques) afin de cibler les efforts d’investigation géotechnique nécessaires pour garantir la pérennité de l'ouvrage.

Sites d'études

Les données analysées proviennent d'un ouvrage de retenue majeur situé dans une région subarctique canadienne, caractérisée par une température moyenne annuelle sous le point de congélation. La structure étudiée a été construite par étapes successives sur plus d'une décennie. Des investigations géotechniques, incluant des forages et des tranchées, ont révélé la présence de lentilles de glace et de matériaux gelés enfouis profondément dans le corps du remblai, fournissant les profils stratigraphiques réels utilisés pour l'étude.

Matériel et méthodes

L'étude repose sur la modélisation numérique par éléments finis à l'aide du logiciel TEMP/W (suite GeoStudio). Une analyse paramétrique extensive a été réalisée sur une coupe transversale de l'ouvrage pour simuler les transferts thermiques (conduction et changement de phase) sur une période de 100 ans. Différents scénarios ont été testés en faisant varier les propriétés thermiques des matériaux, les conditions climatiques de surface (facteurs n) et la configuration géométrique des lentilles de glace pour en mesurer l'impact sur le temps de dégel.

Résultats attendus

Cette recherche a permis de démontrer que l'inertie thermique de ces ouvrages est considérable et que le dégel peut s'étendre sur plusieurs décennies. Les résultats indiquent que la géométrie (nombre et position des lentilles) et la conductivité thermique des matériaux ont une influence prépondérante sur le comportement de l'ouvrage, surpassant même l'impact des scénarios de réchauffement climatique à moyen terme. Ces conclusions fournissent des directives claires pour améliorer la conception et le suivi instrumenté des ouvrages en terre construits en climat froid. (Identifier les coordonnées de l’Université Laval comme site d’étude).

Coordonnées des sites de recherche