The use of lime for soil stabilization has greatly increased since the second half of the 20th century. A lot of research has been conducted to understand the mechanisms of stabilization. These mechanisms are caused by pozzolanic reactions between lime and clay minerals. However, it has not yet been possible to quantify the factors affecting the evolution of these reactions. The variety of soils and the disruptive elements do not allow comparing these soils with each other and giving any quantitative and generalized conclusions in terms of mechanical improvement. The goal of this study is to build a progressive understanding of this phenomenon by avoiding any disruptive elements and controlling most of the parameters. Consequently, the choice is made to study a synthetic soil by controlling its particle size distribution and composition. This soil is a mixture of sand and bentonite taken at different compositions. An analysis of the evolution of lime treatment on such model soils is carried out on two scales: the macroscopic scale and the microscopic scale. The macroscopic scale studies the evolution through unconfined compressive strength, lime consumption, electrical resistivity as well as complementary studies such as sonic and triaxial tests. Results from macroscopic tests show that sand takes an important part into soil stabilization, meaning that a soil containing a lot of clay does not necessary give the best long term mechanical characteristics. Tests that allow a much more detailed comprehension of stabilization are also presented. Microscopic evolution is studied through X-Ray Computed Tomography and Mercury Intrusion Porosimetry. A study on tomographic image treatment has also been carried out to segment the images from its different constituents. / L'utilisation de la chaux pour stabiliser le sol s'est considérablement déve-lop-pée depuis la seconde moitié du 20e siècle. De nombreuses recherches ont vu le jour pour comprendre les mécanis-mes de cette stabilisation. Ces mé-ca-nis-mes sont causés par les réactions pouzzolaniques entre la chaux et les minéraux argileux. Cependant, il n'a pas encore été possible de quantifier totalement les facteurs influençant le déroulement de ces réactions. La diversité des sols et la présence d'éléments perturbateurs ne permettent pas de les comparer et d'en tirer des conclusions quantitatives et généralisables en termes d'amélioration des paramètres mécaniques. Cette étude envisage donc de construire une compréhension progressive du phénomène en ne prenant pas en compte les éléments perturbateurs et en contrôlant à priori un maximum de paramètres. Pour ce faire, il est proposé d'étudier un sol synthétique dont la granulométrie et la composition peuvent être contrôlées. Ce sol est un mélange de sable et de bentonite pris à différentes compositions. Une analyse sur l'évolution du traitement à la chaux est alors effectuée sur ces mélanges sur deux échelles :l'échelle macroscopique et l'échelle microscopique. L'échelle macroscopique envisage des essais de compression simple, de consommation de chaux, de résistivité électrique ainsi que des essais complémentaires tels que les essais soniques et triaxiaux. Les résultats macroscopiques montrent que le sable joue un rôle important dans la stabilisation, le sol présentant la fraction argileuse la plus importante n'ayant pas les meilleures caractéristiques mécaniques à long terme. Les tests permettant une compréhension plus fine de cette stabilisation sont également présentés. L'échelle microscopique est étudiée via la tomographie aux rayons-X et la porosimétrie au mercure. Une étude sur le traitement des images tomographiques est aussi mise en oeuvre pour segmenter de manière adéquate les images de ses différents constituants. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le Québec est le théâtre de nombreux glissements de terrain chaque année. Ces glissements de terrain peuvent être une menace pour les vies humaines ainsi que pour les infrastructures comme l'ont démontré l'évènement de Saint-Jean-Vianney en 1971 ayant causé la mort de 31 personnes ainsi que celui de Saint-Jude en 2010 ayant causé la mort de quatre personnes. Les glissements de terrain peuvent être influencés par le climat, mais des études récentes démontrent que le lien entre climat et stabilité des pentes est encore flou et méconnu. Une meilleure compréhension entre les évènements climatiques et les glissements de terrain est donc nécessaire. L'objectif de la présente étude est d'évaluer, par modélisation numérique, les conséquences de la variation des précipitations sur l'écoulement de l'eau souterraine et la stabilité d'une pente argileuse située dans le secteur de Saint-Luc-de-Vincennes dans un contexte de changements climatiques. Ces conséquences sont la variation de la recharge en sommet de talus, la variation du niveau d'eau dans la rivière Champlain à la base de la pente ainsi que l'érosion par cette même rivière à la base de la pente. Pour ce faire, une pente du secteur a été modélisée à l'aide des logiciels SEEP/W et SLOPE/W en régimes permanent et transitoire de manière à obtenir des charges hydrauliques semblables à celles observées sur le terrain. Les données de charges hydrauliques sur le terrain ont été mesurées à partir de trois nids de piézomètres contenant chacun quatre piézomètres à différentes profondeurs. Une fois le modèle de base bien calibré, les trois conséquences à l'étude ont pu être évaluées en modifiant les conditions limites et la géométrie du modèle. La variation de la recharge a été évaluée en faisant varier la condition de recharge en sommet de talus et dans la pente, la variation du niveau d'eau dans la rivière a été testée en faisant varier la condition de charge à la base de la pente au niveau de la rivière et l'érosion a été testée via deux géométries d'érosion. Les résultats de cette étude montrent que l'augmentation de la recharge ainsi que l'érosion ont un effet négatif sur la stabilité de la pente, tandis que la variation du niveau d'eau dans la rivière a un effet qui peut être positif et négatif. C'est cette dernière variable qui a d'ailleurs le plus d'effet sur la stabilité de la pente, suivi par l'érosion et la variation de la recharge. De récentes études indiquent que les précipitations et les évènements de précipitation devraient augmenter dans les années à venir dans l'est du Canada tandis que les débits moyens des rivières du sud du Québec devraient augmenter en hiver et diminuer au printemps, en été et à l'automne. Ces changements influenceront les dynamiques de recharge, de variation du niveau d'eau dans les rivières et d'érosion. Il est donc attendu que la stabilité de la pente à l'étude en soit influencée négativement.

Ce projet de recherche, mené près d’Umiujaq (Nunavik), a été réalisé afin de documenter les processus gravitaires dominants qui se manifestent sur les versants escarpés de la vallée Tasiapik. Des relevés topographiques, granulométriques, morphométriques, pétrographiques et de végétation ont permis de caractériser 18 talus d’éboulis situés sur les versants sud-ouest et nord-est. Les résultats obtenus ont permis d’établir que l’éboulisation importante sur les versants de la vallée est un phénomène à la fois ancien, engendré par des processus paraglaciaires, et récent, résultat de processus périglaciaires toujours actifs aujourd’hui. Cela se traduit notamment par différents stades de développement des talus d’éboulis subactuels, illustrés par certains dépôts de versant frais et d’autres très anciens, mais aussi avec des topographies de pente très variables. Sur une échelle de temps plus courte, entre août 2017 et juillet 2018, les avalanches se sont avérées être un processus majeur, tel qu’observé sur les 14 000 photographies obtenues grâce à trois caméras à déclenchement automatique installées à l’été 2017. Ces avalanches, souvent déclenchées par des chutes de corniches à neige, ont été particulièrement fréquentes au printemps 2018, résultant de conditions météorologiques propices telles qu’une hausse rapide des températures journalières et des épisodes de pluie abondante. Des dépôts d’avalanches sales témoignent d’une grande capacité érosive, et incidemment de leur grand apport en débris vers les talus d’éboulis. Dans certains cas, les dépôts d’avalanche avoisinaient la route située en contrebas, démontrant ainsi un risque potentiel pour ses usagers. / This research project was conducted near Umiujaq (Nunavik) to document the main gravitational processes that occur on the slopes of Tasiapik Valley. 18 talus slopes on the southwest and northeast sides of the valley were characterized using topographic, granulometric, morphometric petrographic and vegetation surveys. Results show that talus formation in the valley is an ancient phenomena, due to paraglacial processes, and recent - and still ongoing – periglacial processes. This is evidenced by different development stages among the talus slopes, with fresh and very old debris covering the slopes, as well as contrasting slope topographies. On a shorter and more recent time scale, from August 2017 to July 2018, snow avalanches have proven to be a major process, as observed on the 14,000 photographs obtained using three automatic timelapse cameras installed in the summer of 2017. Snow avalanches were often triggered by a collapsing snow-cornice and were very frequent in the spring of 2018 due to favourable meteorological conditions such as a rapid increase in daily temperatures and abundant rainfall events. Dirty snow-avalanche deposits have shown the great erosive capacity of these snow avalanches, thus their important debris supply toward the talus slopes. In some cases, runout zones were located only a few meters from the road below, thus showing the potential risk for people travelling on the road

Le fluage des remblais routiers est un problème récurrent en région de pergélisol. Des dégradations importantes telles que la fissuration et la rotation des épaulements réduisent la capacité fonctionnelle et la durée de vie des remblais, ce qui augmente considérablement les coûts d’entretien de ces structures. Le problème, relativement bien documenté dans la littérature, est généralement attribué au poids statique du remblai sur le pergélisol sous-jacent. Cependant, des dégradations apparemment dues au fluage ont été observées sur certaines portions de la route de l’Alaska, au Yukon, où l’épaisseur du remblai est faible. Pratiquement aucune documentation n’est disponible sur le fluage des remblais de faible épaisseur. De plus, peu d’information est disponible sur l’effet du passage des véhicules lourds circulant sur ces remblais. L’objectif principal de ce projet est de quantifier l’effet des chargements répétés sur le comportement mécanique des sols marginalement gelés. Une nouvelle méthodologie a été développée pour réaliser des essais de fluage statique et dynamique sur des sols gelés en cellule triaxiale. Les principales innovations concernent le contrôle et l’acquisition de la température autour de l’échantillon, ainsi que la possibilité de réaliser des essais drainés. Des essais de fluage ont été réalisés sur un sol argileux riche en glace reconstitué en laboratoire. La température lors des essais a varié entre -3 et -0,5 °C, simulant ainsi le comportement d’un pergélisol chaud. Les déformations causées par les chargements statique et dynamique ont été traitées séparément, de sorte qu’une méthodologie soit proposée pour estimer les tassements causés par la mise en place d’un remblai de 1 m d’épaisseur d’une part, et ceux causés par le passage des véhicules lourds d’autre part. / Creep of road embankments is a recurring problem in permafrost regions. Important degradations such as shoulder cracking and rotation reduce the functional capacity and lifespan of embankments, which considerably increases the maintenance costs of these structures. The problem, fairly well documented in the literature, is generally attributed to the static weight of the embankment on the underlying permafrost. However, degradations likely due to creep were observed on some portions of the Alaska Highway in Yukon, where the embankment is rather thin. Virtually no documentation is available on creep of thin embankments. Furthermore, little information is available on the effect of the passage of heavy vehicles circulating on these embankments. The main objective of this project is to quantify the effect of repeated loading on the mechanical behaviour of marginally frozen soils. A new method was developed to conduct static and dynamic creep tests on frozen soils in a triaxial cell. The main innovations are the optimized control and acquisition of temperature around the sample, and the possibility to conduct drained tests. Creep tests were carried out on reconstituted ice-rich clay. The temperature varied between -3 and -0.5 °C, which simulated the behaviour of a warm permafrost. Deformations caused by static and dynamic loading were treated separately, so that a method could be developed to estimate settlements caused by building a 1 meter embankment on the one hand, and settlements caused by the passage of heavy vehicles on the other hand.

Des glissements de terrain rétrogressifs se produisent régulièrement dans les argiles sensibles dans l’est du Canada. Ces dépôts d’argile se sont mis en place dans les fonds marins des Mers de Champlain, de Laflamme et de Goldthwait suite à la dernière déglaciation. Lorsque ces dépôts ont progressivement émergés, les argiles ont été lessivées par l’infiltration d’eau douce en surface. La diminution de la salinité de l’eau interstitielle dans ces argiles augmente leur sensibilité et des glissements de terrain majeurs peuvent survenir sous de telles conditions. La tomographie de résistivité électrique est une méthode géophysique qui présente un bon potentiel pour identifier et délimiter les zones d’argile sensible qui sont à risque de glissement de terrain. En effet, la résistivité électrique d’une argile est directement liée à la salinité de l’eau interstitielle. Afin de vérifier ce potentiel, une campagne d’investigation géotechnique et géophysique a été effectuée sur un dépôt d’argile de plus de 50 m d’épaisseur situé dans le secteur de la rivière Chacoura, à Louiseville, Québec. Deux tomographies de résistivité électrique, sept essais de pénétration au piézocône dont six avec mesure de la résistivité électrique et quatre forages avec échantillonnage ont été réalisés. Des corrélations entre la résistivité électrique, la salinité et les propriétés géotechniques de l’argile de Louiseville ont été établies. Les résultats de la tomographie de résistivité électrique sont cohérents avec ceux des forages et des essais de pénétration au piézocône, et indiquent que cette méthode géophysique est applicable à la délimitation des zones d’argile sensible. Pour l’argile de Louiseville, une résistivité électrique de 10 Ω-m ou plus indique que l’argile est suffisamment sensible et propice aux glissements de terrain rétrogressifs. Un horizon d’épaisseur variable d’argile sensible a été identifié à Louiseville. / Sensitive clays in eastern Canada are prone to large landslides. These clays deposited on the Champlain, Laflamme and Goldthwait Sea floors following the last deglaciation. As these deposits gradually emerged, the clays were leached by the infiltration of fresh water from the surface. The decrease in salinity of the pore water in these clays increases their sensitivity and major landslides can occur in such conditions. Since the electrical resistivity of clay is directly related to the salinity of the pore water, electrical resistivity tomography is a geophysical method having a good potential for the identification and delineation of sensitive clay deposits vulnerable to landslides. With the objective to assess this potential, a geotechnical and geophysical investigation was carried out on a clay deposit of 50 m thick located in the Chacoura River area of Louiseville, Québec. Two electrical resistivity tomographies, seven cone penetration tests, six of those with electrical resistivity measurements, and four bore holes with sampling were carried out. This clay deposit is very uniform and its geotechnical properties vary progressively with depth. Correlations between electrical resistivity, salinity and geotechnical properties of this clay deposit were established. The results of electrical resistivity tomographies are consistent with those of the bore holes and cone penetration tests, and indicate that this geophysical method is applicable to the delineation of sensitive clay zones. For the Louiseville clay, a resistivity of 10 Ω-m or higher indicates that the clay is sensitive enough to be prone to large landslides. A sensitive clay horizon of variable thickness was delineated in the study site.

Le Québec est le théâtre de nombreux glissements de terrain chaque année. Ces glissements de terrain peuvent être une menace pour les vies humaines ainsi que pour les infrastructures comme l'ont démontré l'évènement de Saint-Jean-Vianney en 1971 ayant causé la mort de 31 personnes ainsi que celui de Saint-Jude en 2010 ayant causé la mort de quatre personnes. Les glissements de terrain peuvent être influencés par le climat, mais des études récentes démontrent que le lien entre climat et stabilité des pentes est encore flou et méconnu. Une meilleure compréhension entre les évènements climatiques et les glissements de terrain est donc nécessaire. L'objectif de la présente étude est d'évaluer, par modélisation numérique, les conséquences de la variation des précipitations sur l'écoulement de l'eau souterraine et la stabilité d'une pente argileuse située dans le secteur de Saint-Luc-de-Vincennes dans un contexte de changements climatiques. Ces conséquences sont la variation de la recharge en sommet de talus, la variation du niveau d'eau dans la rivière Champlain à la base de la pente ainsi que l'érosion par cette même rivière à la base de la pente. Pour ce faire, une pente du secteur a été modélisée à l'aide des logiciels SEEP/W et SLOPE/W en régimes permanent et transitoire de manière à obtenir des charges hydrauliques semblables à celles observées sur le terrain. Les données de charges hydrauliques sur le terrain ont été mesurées à partir de trois nids de piézomètres contenant chacun quatre piézomètres à différentes profondeurs. Une fois le modèle de base bien calibré, les trois conséquences à l'étude ont pu être évaluées en modifiant les conditions limites et la géométrie du modèle. La variation de la recharge a été évaluée en faisant varier la condition de recharge en sommet de talus et dans la pente, la variation du niveau d'eau dans la rivière a été testée en faisant varier la condition de charge à la base de la pente au niveau de la rivière et l'érosion a été testée via deux géométries d'érosion. Les résultats de cette étude montrent que l'augmentation de la recharge ainsi que l'érosion ont un effet négatif sur la stabilité de la pente, tandis que la variation du niveau d'eau dans la rivière a un effet qui peut être positif et négatif. C'est cette dernière variable qui a d'ailleurs le plus d'effet sur la stabilité de la pente, suivi par l'érosion et la variation de la recharge. De récentes études indiquent que les précipitations et les évènements de précipitation devraient augmenter dans les années à venir dans l'est du Canada tandis que les débits moyens des rivières du sud du Québec devraient augmenter en hiver et diminuer au printemps, en été et à l'automne. Ces changements influenceront les dynamiques de recharge, de variation du niveau d'eau dans les rivières et d'érosion. Il est donc attendu que la stabilité de la pente à l'étude en soit influencée négativement.

La conception de la structure d’une chaussée dépend en grande partie des caractéristiques du sol qui constituera l’infrastructure, telles que ses propriétés mécaniques réversibles et sa sensibilité à l’eau et au gel. Ces paramètres peuvent être mesurés en laboratoire grâce à l’exécution d’essais très fiables, mais laborieux et dispendieux comme par exemple les essais en cellule triaxiale et celui du potentiel de ségrégation en cellule de gel. L’utilisation des équipements portatifs, comme le déflectomètre LWD et le Percomètre®, permet d’effectuer une évaluation des propriétés du sol. Dix types de sols d’infrastructure ont été testés en laboratoire; les résultats ont été validés avec des essais in situ et corrélés avec les modules réversibles et les potentiels de ségrégation obtenus en laboratoire. Des modèles mathématiques ont été développés permettant une quantification adéquate du module réversible et du potentiel de ségrégation en fonction des propriétés géotechniques du sol.

Cette étude vise à apporter plus d'éclairage sur le mécanisme de rupture progressive sous deux volets. D'abord, la compréhension de certains aspects fondamentaux de ce mécanisme par l'entremise d'une revue de littérature la plus exhaustive possible; ensuite, l'examen de l'implication de ce mécanisme dans des glissements par étalement et plus précisément le glissement de Saint-Liguori au Québec. Il a été prouvé qu'une rupture dans une pente est précédée par des mouvements dit "de pré-rupture"; ces mouvements présentent un intérêt considérable et donnent un avertissement du danger imminent et la rupture progressive est un des éléments majeurs de l'étape pré-rupture dans les sols présentant un comportement anti-écrouissage. Décrit dans les années quarante et surtout dans les années soixante, ce phénomène a suscité un intérêt nouveau récemment avec l'avènement d'ordinateurs puissants. Il reste cependant ignoré dans la pratique courante, en particulier au Québec où il pourrait expliquer certains grands glissements de terrain par étalement comme celui de St-Liguori qui s'est produit le 3 juillet 1989. Cette étude a répondu à une interrogation qui est restée sans réponse au moment de l'analyse du Ministère des Transports du Québec concernant les causes du glissement en prouvant que le gradient hydraulique ascendant a pu impliquer une rupture par soulèvement de fond sous le lit de la rivière qui s'est traduit par une discontinuité dans la pente. Il est plus que probable que cette même discontinuité était l'élément déclenchant d'une première rupture locale qui s'est prolongée par rupture progressive.

Il existe actuellement plusieurs modèles qui permettent de prédire le comportement et les performances d'un véhicule. Le succès ou non de ces modèles donnera le consentement pour le développement et l'intégration d'équipements hors-route utilisés dans la construction, l'agriculture et les véhicules de loisirs. Cependant, la représentation du sol dans ces modèles montre des limitations concernant au comportement de l'interface pneu-sol. Premièrement, la teneur en eau et le compactage sont des facteurs qui influencent le comportement rhéologique du sol et cette résistance à se déformer est à la fois influencée par les différentes formes d'application de chargement le long d'une trajectoire du pneu sur une particule de sol. Par conséquent, ce projet cherche à s'appuyer sur les fondements de la géotechnique routière pour la prédiction des performances des matériaux soumis à des charges cycliques. Des fondamentaux qui permettront de développer des outils pour comprendre, d'un autre point de vue, l'interaction entre les sols et les pneus provenant des véhicules hors-route. / There are currently several models that can be used to predict a vehicle's behaviour and performance. The success or failure of these models will give consent for the development and integration of off-road equipment used in construction, agriculture, and recreational vehicles. However, the soil representation in these models shows limitations in the behaviour of the tyre-ground interface. Firstly, moisture content and compaction are factors that influence the rheological behaviour of the soil and this resistance to deformation is both influenced by different forms of loading application along a tyre's trajectory on a soil particle. Therefore, this project seeks to build on the foundation of the geotechnics of roads for the prediction of the performance of materials subjected to cyclic loading. These fundamentals will enable the development of tools to understand, from another point of view, the nteraction between soils and tires from off-road vehicles.

Le développement de nouvelles technologies applicables en milieux souterrains, combiné à la rareté des gisements disponibles en surface, explique que l’extraction de minerai en grande profondeur est de plus en plus commune. Exploiter en grande profondeur implique la réalisation de travaux miniers dans des conditions de terrain difficiles et sous un régime de contraintes élevées. Gérer le risque sismique et les dommages qui peuvent en découler est un défi de taille pour ce type d’exploitation. Cette gestion de risque sismique n’est pas aisée, puisque les conditions opérationnelles et sismiques ainsi que les mécanismes menant à la rupture du massif rocheux ne sont pas pleinement compris. Afin de mieux délimiter ce risque, la totalité des données reliées de près ou de loin à la séismicité doit être accessible et facilement consultable afin d’en faire l’analyse intégrée. Ce mémoire présente le développement d’un modèle géomécanique global intégrant de nombreuses bases de données pour améliorer la compréhension de la réponse séismique et aséismique du massif rocheux aux activités minières. La collecte, le traitement et l’analyse des données concernant la géologie, la géomécanique, la séismicité et les opérations minières ont été réalisés pour le cas d’étude de la mine LaRonde exploitant actuellement à plus de trois kilomètres de profondeur. Les outils développés au sein du modèle géomécanique global ont entre autres permis d’évaluer quantitativement la variabilité spatiale et temporelle des propriétés géomécaniques et de la fracturation du massif rocheux. La création d’outils spécifiquement conçus pour l’analyse des coups de terrain a également permis de réaliser une analyse préliminaire identifiant les facteurs clés reliés aux caractéristiques géologiques présentes à grande échelle influençant l’occurrence et la sévérité de coups de déformation propre au site minier à l’étude. Ce mémoire démontre la contribution à la conception minière et à la gestion du risque sismique d’un modèle géomécanique intégré dans un environnement minier complexe sous hautes contraintes et actif sismiquement.