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Selon les modèles de climat mondial présentés par le Groupe d’experts intergouvernementaux sur l’évolution du climat (GIEC), il faut s’attendre à des changements marqués du climat sous de hautes latitudes. Les impacts d’un réchauffement climatique d’importance sur les populations inuites du Nunavik et leur environnement sont nombreux. Les infrastructures du nord sont également affectées par le réchauffement climatique. Des signes de dégradations pouvant devenir critiques ont été observés sur certaines infrastructures du Nunavik. Il s’avère donc nécessaire et primordial de mettre en place et de développer des techniques pour prévenir et contrôler la dégradation des infrastructures nécessaires aux peuples inuits, afin d’assurer la qualité de vie et la sécurité de ces derniers. Ce projet vise donc principalement à tester, en laboratoire et sur le terrain, des méthodes de stabilisation thermique du pergélisol sous les remblais routiers. L’efficacité et la faisabilité des méthodes expérimentées sont analysées selon les caractéristiques de l’environnement du Nunavik, par l’analyse de données thermiques et également par des observations faites sur le terrain et en laboratoire. Un site expérimental sur le chemin d’accès de l’aéroport de Salluit a permis la mise en place sur le terrain de trois différentes méthodes de mitigation, soit le remblai à convection, le drain thermique et la surface réfléchissante. À ce stade de l’expérimentation, il est difficile de tirer de véritables conclusions sur l’efficacité réelle des méthodes implantées, mais il est possible d’émettre des recommandations concernant la mise en place de méthodes de protection. Les travaux de laboratoire ont porté sur l’expérimentation d’un modèle réduit de remblai routier. Ils ont permis de démontrer que la mise en place d’un remblai à convection et d’un drain thermique dans l’épaulement du remblai tend à diminuer les températures, donc probablement la dégradation du pergélisol et les risques de tassements. Ultimement, le projet vise à développer une stratégie réaliste d’adaptation des infrastructures de transport du Nunavik affectées par le réchauffement climatique.

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Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse de doctorat traitent d’une problématique importante de la durabilité des structures en béton, soit la corrosion des armatures. L’objectif principal de la thèse est de comprendre l’influence de la fissuration du béton de recouvrement sur l’initiation et la propagation de la corrosion. Il s’agit d’un travail expérimental où tous les essais sont réalisés de façon à reproduire du mieux possible les conditions naturelles d’exposition responsables de l’apparition de la corrosion dans le béton armé. Les éprouvettes de béton ont donc été soumises à des cycles de mouillage (solution saline) et de séchage. L’évolution de la corrosion est suivie par des méthodes de mesures électrochimiques non destructives. La nature et la distribution des produits de corrosion formés dans le béton sont analysées pour différents niveaux de propagation de la corrosion. Puisque plusieurs chercheurs utilisent des méthodes accélérées pour faire apparaître la corrosion, des essais ont été réalisés en parallèle afin d’évaluer la fiabilité de ces méthodes. Les résultats montrent des différences importantes sur la distribution des produits de corrosion. Ainsi, un protocole d’essai représentatif de la réalité a été mis au point pour générer la corrosion des armatures dans des éprouvettes de mortier. Une méthodologie précise a aussi été établie afin d’analyser le type et la distribution des oxydes et hydroxydes formés autour des armatures. Une première évaluation de l’initiation et de la propagation de la corrosion a été réalisée sur des bétons sains (non fissurés). Les résultats montrent que l’environnement chimique et la porosité du béton ont une influence sur la nature et la distribution des produits de corrosion. Par la suite, des éprouvettes fissurées artificiellement ont été fabriquées afin de suivre l’initiation et la propagation de la corrosion. La présence d’une fissure dans une éprouvette favorise clairement l’initiation de la corrosion. La magnétite est le principal oxyde qui se forme à l’interface acier / béton. Suivant les périodes de séchage et la présence de fissures, la magnétite se transforme en goéthite et en akaganéite. L’analyse d’éprouvettes chargées mécaniquement comprenant plusieurs fissures a montré que les chargements cycliques ont aussi une influence sur la corrosion des armatures. Cette influence est liée à l’endommagement de l’interface acier / béton qui favorise la propagation de la corrosion et qui modifie la nature et la distribution des produits de corrosion. / The work conducted in this thesis concerns reinforced steel corrosion, which is one of the most important problems affecting the durability of reinforced concrete structures. The principal objective of the thesis is to understand the influence of concrete cracking on corrosion initiation and propagation. This thesis presents experimental work where all tests are done in order to better represent real exposure conditions. Concrete samples are submitted to wetting (saline solution) and drying cycles. The evolution of corrosion of the reinforcement is followed using non-destructives electrochemical techniques. The nature and distribution of the corrosion products formed in concrete are analyzed at different level of corrosion. Since researchers often use accelerated techniques to initiate corrosion, a supplemental test campaign have been done in order to evaluate the reliability of these accelerated techniques. The results show some important differences on the nature and distribution of corrosion products. Subsequently, an experimental protocol representing natural exposure conditions has been set up in order to generate reinforced steel corrosion in mortar. A precise methodology for analyzing the nature and the distribution of corrosion products has also been followed. A first evaluation of corrosion initiation and propagation has been done on uncracked mortars. The results show that the chemical environment and the porosity of concrete have significant influence on the nature and the distribution of corrosion products. Artificially cracked specimens were also prepared to understand the influence of cracks on corrosion initiation and propagation. Results show that the presence of a crack increases the probability of corrosion initiation. The magnetite is the main oxide formed at the steel / concrete interface. Following wetting and drying cycles, the magnetite changes in goethite and akaganeite. Results from loaded and multi-cracked specimen show that cyclic loading also have some effect on corrosion kinetic. This influence seems to be related to the deterioration of steel / concrete interface, which further promotes corrosion propagation and also modify the nature and distribution of corrosion products.

La corrosion des aciers d’armatures résultant de la pénétration des ions chlorure est un problème important qui réduit de manière significative la durée de vie des structures en béton armé exposées à un environnement maritime ou à des sels de déglaçage. Ce mémoire présente une étude de l’initiation de la corrosion sur des éprouvettes de mortier armé ainsi qu’une étude du comportement de barres d’armature corrodées. L’objectif général des travaux de maîtrise était d’étudier l’influence réelle de la minéralogie du ciment sur les mécanismes d’initiation de la corrosion des armatures. En plus de contribuer à l’élaboration d’un outil de prédiction de la durée de vie des ouvrages en béton armé exposés à la pénétration des ions chlorure, ce projet a permis de générer des informations permettant aux ingénieurs de la pratique et aux gestionnaires d’ouvrages d’optimiser la formulation des bétons et d’améliorer la durabilité des structures. Le projet était séparé en deux parties. La première partie portait sur l’identification d’une concentration seuil en ions chlorure requise pour initier la corrosion. Les éprouvettes de mortier ont été soumises à des conditions d’expositions contrôlées (cycles de mouillage-séchage). L’évolution de la corrosion a été suivie par des méthodes électrochimiques non-destructives. Les différents facteurs à l’étude ont été le rapport eau sur ciment (e/c), la minéralogie du ciment et le type de préparation des barres d’armature. Les résultats de l’étude de la pénétration des ions chlorure dans les matériaux cimentaires et de sa conséquence sur l’initiation de la corrosion sont présentés. La deuxième partie du projet était d’étudier l’effet de la corrosion sur les propriétés mécaniques des armatures. Les résultats de la mise en traction de barres ayant des degrés de corrosion spécifiques sont également présentés. Selon les résultats obtenus, une diminution du rapport e/c et une augmentation de la teneur en C3A ont été deux facteurs favorisant un temps d’initiation de la corrosion plus élevé. De plus, les barres préparées au jet de sable ont offert une meilleure résistance à la corrosion que les barres brossées. En outre, le temps de fissuration des éprouvettes semblaient être indépendant du rapport e/c et de la minéralogie (teneur en C3A). La concentration critique en ions chlorure totaux requise pour initier la corrosion, trouvée au cours de l’étude, a été d’environ 0,3 % en masse de mortier sec ou 1,2 % en masse de ciment. Cette concentration seuil a pu être évaluée avec précision à l’aide d’éprouvettes avec et sans barres. De plus, la concentration critique a semblé indépendante de la teneur en C3A, du type de préparation de barres (brossé ou préparé au jet de sable) et du rapport e/c. / Chloride-induced corrosion of steel reinforcement is an important issue that greatly decreases the service life of all concrete structures exposed to marine environments or de-icing salts. This study analysed the phenomenon of corrosion initiation on reinforced mortar specimens and the behavior of several corroded reinforcing bars. The main objective of the study was to observe the actual influence of cement mineralogy on the various mechanisms of corrosion initiation on steel reinforcement. Contributing to the elaboration of a tool that will be able to predict the service life of a reinforced concrete structures exposed to chlorides, this research also allowed to put forward new information for the civil engineering community, helping engineers and owners optimizing concrete formulations, and improving the durability of concrete constructions. The project was divided in two parts. The first one is aimed at isolating a threshold concentration of chloride-ions that would initiate corrosion. The mortar specimens were exposed to chloride-ions in a controlled environment, by chloride ponding, and the evolution of corrosion was observed with non-destructive electrochemical measurements. Different factors were taken into consideration during these tests: the water/cement ratio, the cement mineralogy, and the various type of reinforcing bars preparation. Going trough this paper, you will learn about the consequences that come from the variation of these factors on the corrosion initiation. The second part of the project studied the effects of corrosion on the mechanical properties of steel reinforcement. The data that resulted from the traction tests, on the bars, at different corrosion levels, are also presented in this document. According to the results of the study, reducing the water/cement ratio and increasing the C3A content led to a longer corrosion initiation time. As for the cracking time of the different mortar specimens, it appeared to be independent from these two factors. Moreover, sandblasted bars were found to be a lot more resistant to corrosion than the brushed bars. In the end, the critical concentration of chloride-ions was found to be around 0.3% by weight of dry mortar or 1.2% by weight of cement. This threshold value was precisely evaluated studying different specimens with and without bars. Furthermore, this threshold value seems independent of the concentration of C3A, the type of bar preparation or the water/cement ratio.

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