Trois techniques de mitigation, un remblai à convection d'air, une section à drain thermique et une section à pente adoucie, ont été mises en place dans l'épaulement du remblai de la piste d'atterrissage de l'aéroport de Tasiujaq afin de valider, par des essais en conditions réelles d'exploitation, leurs efficacités respectives. Ces trois techniques favorisent l'évacuation de la chaleur contenue dans le sol, afin de préserver l'intégrité du pergélisol présent sous la piste. Cette étude présente les résultats des trois années de suivi des données thermiques. Par ailleurs, des simulations numériques effectuées avec le logiciel GéoStudio, ont permis de reproduire ce que pourrait être le comportement d'une section de référence sans les écoulement d'eau qui perturbent grandement la section de référence instrumentée à Tasiujaq. Enfin une étude économique des différentes techniques de mitigation a été réalisée sous l'approche coût / bénéfice technique.

Les régions arctiques et subarctiques subissent un changement climatique plus rapide et plus sévère que n’importe où ailleurs dans le monde. Ces rapides modifications accentuent l’urgence d’étudier ce milieu extrême avant qu’il ne soit entièrement modifié et que la banquise n’ait totalement disparue à l’été, affectant grandement les communautés microbiennes qui s’y développent. Dans cette thèse, je me suis intéressée à la dynamique du composé algal diméthylsulfoniopropionate (DMSP), précurseur du gaz climatiquement actif diméthylsulfure (DMS), dans et sous la glace de première année pendant la fonte printanière dans l’archipel Arctique canadien. Au début du printemps, les importants réservoirs de DMSP particulaire (DMSPp) et dissous (DMSPd) présents à la base de la glace contribuent fortement au réservoir de la colonne d’eau sous-jacente via le drainage et le lessivage des saumures. Ces libérations ponctuelles de matière organique favorisent la production bactérienne de DMS. Suite à la disparition complète du couvert de neige, la fonte de la glace augmente la transmittance de la lumière à travers cette dernière et la stratification de la colonne d’eau qui favorisent le développement de floraisons phytoplanctoniques sous la glace. Ces floraisons sont associées à de fortes concentrations de DMSP, particulièrement lorsque des diatomées pennales d’origine sympagique dominent la communauté algale. Lorsque ces algues sont soudainement exposées à la lumière à la lisière des glaces, elles blanchissent et exsudent la majorité de leur contenu cellulaire en DMSP. Ce nouveau réservoir de DMSPd est alors disponible pour les bactéries qui peuvent le transformer en DMS. Une importante variabilité de la photosensibilité des algues est cependant observée en fonction de la composition spécifique de la communauté algale. Les diatomées pennales d’origine sympagique montrent une plus forte tolérance que les diatomées centrales planctoniques. Cette thèse met donc en évidence pour la première fois l’importance du réservoir de DMSPd dans la glace, ainsi que son influence sur les communautés microbiennes vivant dans la colonne d’eau sous-jacente. Elle souligne également l’importance du réservoir de DMSP associé aux floraisons phytoplanctoniques sous la glace et la sensibilité des algues à un choc lumineux en fonction de la composition taxonomique de la floraison. / Climate change is faster and more severe in polar Arctic and Subarctic regions than anywhere else in the world. The dramatic changes recently observed in the Arctic impel us to study this extreme environment before the summer sea ice completely vanishes along with the diversified microbial communities it supports. This thesis explores the fate of the algal compound dimethylsulfoniopropionate (DMSP), precursor of the climate active gas dimethylsulfide (DMS), within and beneath first year ice during the spring melt period in the Canadian Arctic Archipelago. In early spring, the large pools of particulate and dissolved DMSP (DMSPp and DMSPd, respectively) from the bottom sea ice strongly influence the underlying water column following brine release. These punctual releases of organic matter favor the bacterial production of DMS in surface waters. Following the complete disappearance of the snow cover, ice melt favors the penetration of light through the ice pack and the stratification of the water column which enhance the development of under-ice phytoplankton blooms. These blooms are associated with high DMSP concentrations, particularly when dominated by sympagic pennate diatoms. When these algal cells are suddenly exposed to direct sunlight in open waters such as leads or ice edge zones, they bleach and exude their DMSP cellular content. This new DMSPd reservoir then becomes available for bacterioplankton and its potential conversion into DMS. Furthermore, an important variability of algal photosensitivity is observed between algal communities investigated as a function of their taxonomic composition. Sympagic pennate diatoms show greater photoprotective capabilities than planktonic centric diatoms. This thesis highlights the importance of the DMSPd pool in sea ice and its influence on microbial communities in the underlying water column. This study is the first to report on the very high DMSP concentrations associated with under-ice phytoplankton blooms, and evaluate the sensitivity of algae to a sudden light change depending of the taxonomic bloom composition.

Le Haut-Arctique est caractérisé par de nombreux phénomènes climatiques et géomorphologiques extrêmes. Les températures très froides, les faibles précipitations et la couverture végétale disparate permettent une pénétration en profondeur du froid dans le sol. Ceci, combiné à un grand nombre de cycles de gel et de dégel, donne naissance à différentes formes de surface qui affectent les dynamiques d’évolution du pergélisol et induisent une variabilité verticale et latérale de la distribution des teneurs en glace dans le sol. Ce mémoire porte sur l’influence d’un lobe de solifluxion de type rocheux sur les dynamiques d’évolution du pergélisol sur l’île Ward Hunt, Nunavut (Canada). En utilisant une approche cryostratigraphique, les objectifs sont de caractériser la cryostratigraphie d’un lobe de solifluxion, ce qui permettra de proposer un modèle d’évolution du pergélisol en lien avec le déplacement de matériel par solifluxion. L’analyse cryostratigraphique a révélé que la formation du lobe de solifluxion a mené au développement syngénétique d’une couche de pergélisol avec une teneur en glace variant en fonction de la morphologie du lobe, et à l’enfouissement et la préservation d’un corps de glace massive préexistant en bas de pente. La succession verticale et latérale des cryofaciès fait état du déplacement du lobe et de l’impact que ce dernier a sur la variabilité spatiale et temporelle du pergélisol, et ce, tant sur les aspects d’aggradation liés à l’accumulation de matériel en surface que sur les aspects de dégradation associés aux réchauffements climatiques actuels. / The high Arctic is characterized by many extreme climatic and geomorphologic phenomena. Very cold temperatures, low precipitation and sparse vegetation cover, permit a deep penetration of cold in the soil. The latter, combined with a great number of freeze-thaw cycles, give rise to different surface features which in turn affect permafrost evolution dynamics and induce a vertical and lateral variability of the ice content distributions in the soil. This thesis focusses on the influence of a stone-banked solifluction lobe on permafrost evolution dynamics on Ward Hunt Island, Nunvut (Canada). By using a cryostratigraphic approach, the objectives are first, to characterize the cryostratigraphy of a solifluction lobe and second, to propose an evolution model of permafrost in reaction to the downslope displacement of material by solifluction. The cryostratigraphic analysis revealed that the solifluction lobes formation lead to the development of a syngenetic layer of permafrost with an ice content that varied according to the morphology of the lobe, and to the burial and preservation of a pre-existing body of massive ice at the base of the slope. The vertical and lateral sequence of the cryofacies presents the displacement of the lobe and its impact on spatial and temporal variability of the permafrost, that being, the aspects of aggradation related to the accumulation of material at the surface as well as degradation due to the actual climatic warming.

L’apparition massive de nids de poule sur chaussées bitumineuses a été observée en cours d’hiver sur de très courtes périodes de temps, caractérisées par l’alternance entre températures positives et fortement négatives accompagnée de précipitations pluvieuses. Ceci a conduit à rechercher un mécanisme spécifique de dégradation de couches d’enrobés bitumineux (EB) lié au comportement au gel des EB partiellement saturés en eau. Celui-ci a été étudié en laboratoire à partir d’essais à déformation libre ou empêchée, avec ajout de chaux pour certaines formules d’EB.Ces essais ont montré l’apparition de déformations de gonflement ou contraintes importantes induites lors du gel de l’eau interstitielle. D’autres essais utilisant l’IRM ont permis de visualiser le phénomène au sein du matériau. Sur la base de ces essais, nous proposons une loi de comportement thermoviscoélastique avec changement de phase pour EB. Un programme aux éléments finis a été développé (Free Fem++)pour intégrer cette loi dans le calcul de structures ; ce code couple les équations mécaniques et de diffusion de la chaleur prenant également en compte le changement de phase à travers la chaleur latente de solidification de l’eau interstitielle.Après validation du logiciel, celui-ci a été appliqué au calcul de structures bitumineuses bicouches représentatives des couches supérieures d’une chaussée. Les résultats mettent alors en évidence l’apparition de contraintes d’arrachement élevées à l’interface entre couches générées par le gel,susceptibles d’expliquer la formation de nids de poule. Un essai de laboratoire sur bicouche a confirmé la fragilisation de l’interface induite dès le premier cycle de gel. / Massive development of potholes occurring in bituminous pavements was observed during winters over short time laps characterized by temperature alternating between positive and highly negative values along with rainfalls. This led us to seek for a specific mechanism of degradation of asphalt concrete (AC) layers, related to the behavior of partially saturated AC subjected to freeze. Two types of laboratory tests were performed under traction free and restrained strain conditions to study the behavior of AC within this context, incorporating lime additive in some mix design formulations. These tests showed the development of large swelling strains or stresses induced by the phase change of pore water into ice. Additional tests using MRI allowed us to visualize this phenomenon from inside the material specimens. Based on these tests, we developed a thermoviscoelastic constitutive law including phase change for partially saturated AC. A Finite Element (FE) program was implemented (FreeFem++) to introduce the developed law instructural calculations; this FE code handles the coupling between mechanics and the heat equation, also taking into account the phase change through the latent heat of crystallization of pore water. After validating the software, this numerical tool was utilized to compute the response of bilayer bituminous structures representative of the upper layers of a pavement. The results obtained show the development of highfrost-induced pull-out stresses located at the interface between the layers, likely to explain the formation of potholes. A test carried out on a bilayer sample confirmed the weakening of the interface right after the first frost cycle.

Le présent travail est consacré aux problèmes de l'altération de roches basiques et ultrabasiques sous des conditions climatiques différentes et à l'influence de ces processus sur la stabilité à long terme des talus de mines à ciel ouvert. Les roches font partie d'anciens profils d'altération et, mises à jour par l'exploitation, subissent des altérations météoriques modernes qui changent les paramètres pétrographiques et géotechniques les caractérisant, ceci au niveau de la matrice rocheuse et du massif rocheux. Deux objets ont été étudiés au cours de ce travail : la mine de chromite de Bemanevika (Madagascar) où les métabasites et méta-ultrabasites sont très intensivement altérées sous conditions climatiques tropicales et la mine d'amiante de Bagenovskoe (Oural Central, Russie), où des roches de même type sont exposées à l'altération sous conditions tempérées continentales. La prévision de la stabilité des talus à long terme, en tenant compte du développement de l'altération dans les massifs, y a été analysée. Nous avons également procédé à des simulations en laboratoire de l'altération et de l'évolution de l'altérabilité de diverses roches. Deux types de simulation ont été réalisés : l'altération physique par cycles de gel-dégel intensif et l'altération chimique par cycles de lessivage en eau chaude en extracteur Soxhlet. L'analyse et la comparaison des résultats en laboratoire et in situ permettent de quantifier les processus d'altération et, enfin, d'établir les schémas de développement à long terme d'instabilités dans différents massifs rocheux sous diverses conditions climatiques.