L'objectif de ce mémoire est de présenter une approche permettant d'intégrer l'analyse de stabilité des pentes d'une mine à ciel ouvert aux outils de modélisation et d'estimation des ressources minérales, ainsi que d'évaluer l'applicabilité d'algorithmes de calcul d'orientation des pentes dans un contexte minier. Cette approche est appliquée à un cas d'étude réel portant sur la fosse ultime Portage du projet minier Meadowbank, situé au Nunavut dans le nord canadien. L'analyse de stabilité intégrée nécessite tout d'abord comme données d'entrée, la topographie de la fosse ultime ainsi que l'information structurale. À partir de la topographie, l'orientation des bancs et de la pente inter-rampe est déterminée selon des techniques issues du domaine des systèmes d'information géographique. La stabilité des bancs et de la pente inter-rampe est ensuite évaluée selon la théorie de l'équilibre limite pour les modes de rupture planaire et de dièdre, et ce, sur l'ensemble de la fosse ultime Portage pour toutes les orientations possibles de banc et de pente inter-rampe calculées. Finalement, l'application de critères de conception permet d'identifier et de visualiser les zones de la fosse ultime Portage qui sont susceptibles d'être affectées par des instabilités planaires et de dièdre. Au niveau du banc, des zones situées au nord-ouest et au sud-est de la fosse ultime Portage sont particulièrement susceptibles d'être affectées par des instabilités. Des modifications d'angle de face de banc ont ensuite été suggérées pour certaines zones de la fosse. Pour ce qui est des pentes inter-rampe, le potentiel d'instabilité identifier par l'analyse de stabilité intégrée est faible. L'intégration de l'analyse de stabilité des pentes d'une fosse minière aux outils de modélisation et d'estimation des ressources minérales offre de nombreux avantages. Dans un premier temps, elle permet de rassembler l'information en une base de données commune. Considérant que la conception des fosses minières est un processus itératif, une base de données commune permet de faciliter la mise à jour de l'information, l'exploration de différents scénarios ainsi que la communication entre les différentes équipes participant au projet minier, procurant une économie de temps, et conséquemment, des bénéfices économiques. De plus, cette approche permet une représentation plus réaliste de la géométrie de la fosse ainsi qu'une meilleure spatialisation de l'information structurale.

Un carottier à triple paroi a permis la récupération d'échantillons de calibre PQ3 et ZQ3, dans le till glaciaire des fondations du barrage Jules-Allard, dans le sud du Québec. Des essais cross-hole ont permis d'obtenir des modules de Young variant entre 1300 et 2600 MPa. Les essais triaxiaux consolidé non drainés de chargement monotones ont permis l'obtention de modules de Young Emax variant entre 290 et 6000 MPa, notamment en fonction de la fraction de gravier de l'échantillon. Les modules de Young des échantillons de calibre ZQ3 étaient similaires à ceux obtenus avec les essais cross-hole et leurs coefficients de Poisson étaient régulièrement nuls. Lors d'essais triaxiaux de chargement cycliques, les échantillons ont subi une contraction, avant de dilater à l'atteinte d'un point de transformation de phase, lorsque les contraintes ont croisé le cheminement de contraintes d'un échantillon chargé de façon monotone, à la même contrainte effective de consolidation. Mots clés: transformation de phase, comportement cyclique, till glaciaire, module de Young, vitesse de propagation d'onde de cisaillement, coefficient de Poisson. / A triple tube wireline core barrel allowed to retrieve PQ3 and ZQ3 calibre samples from the foundation glacial till of the Jules-Allard dam, South of Quebec. Cross-hole testing allowed to obtain Young's modulus ranging from 1300 to 2600 MPa. Consolidated-undrained triaxial monotonic testing, yielded Young's modulus Emax ranging between 290 MPa and 6000 MPa, notably as a function of the amount of gravel particles present in the samples. ZQ3 samples Young modulus were similar to those obtained using the cross-hole testing. In addition, the Poisson's ratio of these samples were regularly zero. During cyclic triaxial testing, contraction was followed by dilation when the samples reached a phase transformation point and the stress path intersected the stress path of a monotonically loaded sample having the same effective consolidation stress. keywords: phase transformation, cyclic behaviour, glacial till, Young's modulus, shear wave velocity, Poisson's ratio.

L’ensemble des mines – et particulièrement celles exploitant un gisement filonien ou de faible puissance – sont très sensibles à la problématique de la dilution minière (i.e ., bris hors-profil de l’éponte supérieure). En effet, puisque cette dilution est généralement de faible teneur, le matériel qui se retrouve dans les chantiers miniers peut ne pas permettre de compenser les coûts associés au minage et par conséquent, la rentabilité de l’opération peut en être affectée. Ceci est particulièrement vrai lorsque la teneur de la dilution se situe sous le seuil de rentabilité (i.e., teneur de coupure). Par ailleurs, lorsque des effondrements (dilution) surviennent pendant les activités de soutirage, ceci représente un risque important pour les équipements mobiles (e.g., chargeuse-navette). Nombreux sont les chercheurs qui ont travaillé à développer et à améliorer les abaques de stabilité et critères de conception de chantiers, mais leur efficacité à prédire le bris hors-profil est souvent faible. Néanmoins, ces outils demeurent très utiles pour les projets sur sites vierges (« greenfield projects »), mais dès lors que les conditions géomécaniques d’un site deviennent mieux comprises, il importe de corriger et d’optimiser ces critères de conception afin de mieux représenter la réalité de l’opération minière. Ce mémoire expose donc la méthodologie employée afin de quantifier le bris hors-profil provenant des différentes surfaces des chantiers (i.e., épontes, toit, murs) exploités par la méthode de chambre vide. Une comparaison entre les performances réelles et celles prédites par les modèles couramment utilisés dans l’industrie a été effectuée. À l’aide de méthodes statistiques univariées et bivariées, les paramètres affectant le bris hors-profil peuvent être déterminés objectivement. L’élaboration de nouveaux modèles statistiques permet également d’accroître la fiabilité des prédictions (i.e., le bris hors-profil) et fournit des outils permettant d’assister les ingénieurs dans la conception et le dimensionnement des chantiers miniers. La mine Éléonore de Goldcorp a servi de cas d’étude afin de démontrer la validité d’une telle démarche.

La construction dans l'Arctique nécessite une connaissance précise des propriétés thermiques et géotechniques du pergélisol. La connaissance de ces propriétés est également nécessaire pour le paramétrage des modèles de transfert de chaleur. Des études antérieures ont démontré le grand potentiel de l'utilisation de la tomodensitométrie pour les mesures du volume des composantes du pergélisol et la visualisation de la cryostructure. Une nouvelle approche est proposée pour mesurer la conductivité thermique du pergélisol. Les objectifs généraux de ce projet sont (1) d’élaborer une nouvelle méthode de caractérisation du pergélisol à l’aide de la tomodensitométrie et de modèle éprouvés et (2) de comparer et mettre au point une méthode novatrice pour mesurer la conductivité thermique et des paramètres géotechniques. Les résultats démontrent que les tests effectués à l’aide de la tomodensitométrie donnent des résultats d’une valeur scientifique comparable aux autres méthodes existantes de mesure de déjà existantes de conductivité thermique du pergélisol. / When building in the Arctic, design considerations require precise knowledge of the thermal and geotechnical properties of the permafrost. Computed tomography provides visualization of the cryostructure of permafrost. Previous studies showed great potential in using this technology for classification and volume measurements of permafrost components, i.e. sediment (solid), ice and gas (void) contents. The aims of this study are (1) to develop an innovative and non-destructive approach using CT scan to compute the thermal conductivity of undisturbed permafrost samples and (2) to validate the results computed from CT scan image analysis with proven experimental thermal conductivity data. The very good results obtained so far show that CT scan thermal conductivity measurements yield results comparable to other existing methods. The new approach could still be significantly improved by the use of a higher resolution CT scanner.

Ce travail de thèse est issu de l'analyse des sollicitations complexes appliquées au sol à proximité des ouvrages de génie civil tels que les fondations, les tunnels, les murs de soutènements ou les remblais. Il consiste en une étude expérimentale de l'influence de la rotation des contraintes sur le comportement à la rupture de sols fins à l'aide d'un appareil triaxial pour éprouvettes cylindriques creuses. Ce comportement n'est pas pris en compte de façon explicite dans les modèles de calcul. Le travail a consisté à valider les modèles de comportement utilisés classiquement pour ces types de sollicitations et d'en proposer éventuellement la modification. La recherche comporte trois parties : - une étude bibliographique préliminaire sur les recherches réalisées en laboratoire et en place sur la rotation des contraintes et son influence sur le fonctionnement des ouvrages, - une étude expérimentale en laboratoire avec l'appareil triaxial pour éprouvettes cylindriques creuses et avec des appareils triaxiaux classiques (essais sur sols argileux), - un travail d'interprétation des résultats et de modélisation de ces expériences. L'objectif final est d'améliorer la loi de comportement des sols fins développée au LCPC depuis 1983 et de la valider sur les essais réalisés. L'application à trois ouvrage-types est finalement présentée.

Les terrains quaternaires en Iran ont une vaste étendue et ils ont des caractéristiques communes au point de vue sédimentation, géologie et morphologie. Ce sont des caractéristiques dues à une série de développement de l'érosion et de l'accumulation dans les régions montagneuses avec des conditions climatiques particulières. Par conséquent, ces sédiments devraient avoir aussi des caractéristiques physico-mécaniques en commun dont nous parlerons dans les chapitres suivants. On a étudié premièrement la genèse de ces alluvions et les facteurs et les conditions qui ont donné lieu à la naissance de ces alluvions. Puis on a étudié les condItions géomorphologiques et lithologiques, et enfin les propriétés mécano-physiques de ces alluvions. En profitant des résultats obtenus par les essais in situ et au laboratoire qui ont été faits sur les, alluvions de la région d'Ispahan, j'ai essayé de trouver des relations entre les propriétés physico-mécaniques, lithologiques et morphologiques de ces alluvions. C'est la première fois que ces alluvions font l'objet d'une étude géotechnique approfondie, et considérant leur étendue, cette étude pourra être une base pour d'autres plus ponctuelles. Ces problèmes ont été étudiés en trois parties

Cette étude a pour objectifs la caractérisation expérimentale des frottements saccadés dans les matériaux granulaires modèles constitués des billes de verre monodisperses en compression triaxiale drainée et l'identification des paramètres de contrôle. Cinq paramètres macroscopiques caractérisent ces frottements saccadés : la chute de déviateur et la contraction volumique, l'intermittence de déformation axiale, le module d'Young et le coefficient de Poisson. Les frottements saccadés affectent simultanément le déviateur et la déformation volumique. Le comportement macroscopique est globalement contractant tandis que le matériau tend vers un état limite critique en grandes déformations, à la manière des sables lâches. Cependant il présente localement, dans les phases de blocage qui suivent immédiatement les ruptures temporaires, le comportement dilatant des sables denses, qui obéit à une relation contrainte-dilatance linéaire et unique. Les frottements saccadés disparaissent au-delà d'une vitesse critique d'écrasement axial, qui dépend de la contrainte de confinement et de la taille des grains. Le module d'Young dynamique par propagation d'ondes varie avec la contrainte de confinement selon une loi de puissance. Le module d'Young quasi-élastique au départ des phases de blocage est constant à l'intérieur du domaine élastique, de même que le coefficient de Poisson. Le suivi par granulométrie laser et par analyse d'images des matériaux après un ou plusieurs essais triaxiaux permet de suivre l'évolution de la taille moyenne et de la forme des grains. Tandis que les instabilités par saccade disparaissent suite à un certain nombre d'essais, on observe, simultanément à une légère diminution du volume moyen, l'apparition progressive de populations d'objets non sphériques par une fusion des grains analogue au frittage.

Une rupture est survenue le 12 juillet 2012 sur le mur Est de la mine à ciel ouvert LAB Chrysotile à proximité du secteur Black Lake de la ville de Thetford Mines (Chaudière-Appalaches, Canada). Une surveillance numérique de surface LiDAR pré et post-rupture a permis de montrer que le glissement présentait un cycle d’activité sur une période de 2 ans : déplacements importants en été et stabilisation en hiver. Les données LiDAR ont ensuite été utilisées pour réaliser une étude structurale numérique, une analyse cinématique et une quantification des déplacements. Sur la base des analyses LiDAR, les propriétés géomécaniques du massif rocheux ont été déterminées par rétro-analyse 2D sur des profils de pente fidèles à la géométrie réelle. En s’appuyant sur les résultats précédents, une rétro-analyse 3D a été réalisée sur des modèles fidèles à la géométrie de la mine. Finalement, l’évolution du massif rocheux a été reconstituée de 2010 à 2012 en 3D.

Ce projet de maîtrise présente le modèle stratigraphique et géomorphologique du glissement de Saint-Barnabé-Nord, survenu le 10 décembre 2005, et la caractérisation géotechnique des matériaux y étant impliqués. Il s’agit d’un étalement latéral survenu dans des argiles silteuses surconsolidées (OCR entre 1.5 et 3.2) de la mer de Champlain dont la résistance au cisaillement non drainée est plus élevée que 100kPa. L’étude de cet étalement latéral a démontré la nécessité de l’utilisation du concept de rupture progressive afin d’éclaircir la compréhension des étalements latéraux. La vérification de l’applicabilité du modèle de Bernander et al. (1988 et 1989) et Bernander (2000), utilisant la rupture progressive, sur un étalement latéral a donc été réalisée avec le cas du glissement de Saint-Barnabé-Nord. Cette modélisation a permis d’analyser le risque d’une rupture locale causée par une force d’extension ou par un déplacement, pouvant être induit par le fluage ou l’érosion, qui expliquerait la formation des premiers horsts et grabens, typiques aux étalements latéraux. / This study presents the stratigraphic and geomorphologic model of the Saint-Barnabé-Nord slide, which occurred on December 10th 2005, and the geotechnical characterization of the material involved in this slide. This lateral spread occurred in a Champlain sea silty clay deposit that is over consolidated (OCR varies between 1.5 and 3.2) and has a shear strength over 100kPa. The study of this slide demonstrates the necessity of the use of a progressive failure concept to get a better understanding of lateral spreads. The applicability of Bernander et al. (1988 and 1989) and Bernander (2000) progressive failure analysis was shown for a lateral spread with the case of the Saint-Barnabé-Nord slide. The modelisation enabled to analyze de risk of a local failure induced by an extension force or by a deformation, caused by creep or erosion, which could explain the formation of the first horsts and grabens typical of lateral spreads.

Le glissement de terrain de Saint-Luc-de-Vincennes est survenu en plusieurs évènements entre le 22 octobre et le 9 novembre 2016. La description de ces évènements repose essentiellement sur le témoignage du propriétaire du terrain. Selon ses observations, le 22 octobre, un premier glissement rotationnel, impliquant le pied du talus, est survenu. Quelques jours plus tard, un plus grand glissement aurait impliqué toute la pente en atteignant la crête du talus. Ce glissement aurait initié la première coulée argileuse survenu le 7 novembre et aurait donné la forme du goulot de bouteille caractéristique des coulées argileuses. Le 9 novembre, une deuxième coulée est survenue, suivie très rapidement d'un étalement. L'objectif de cette étude est de présenter une méthodologie permettant la modélisation temporelle des conditions ayant menées à l'initiation des coulées argileuses. Dans cette perspective, des essais œdométriques avec des calculs de perméabilité et de coefficient de consolidation (cv) ont été réalisés afin de caractériser le comportement mécanique et les propriétés de l'argiles sensibles de Saint-Luc-de-Vincennes. L'ensemble de ces paramètres ont servi à effectuer la modélisation numérique par le couplage de SLOPE/W et SIGMA/W de la suite GeoStudio du déchargement des débris du glissement du 22 octobre et du deuxième glissement survenu quelques jours plus tard et qui aurait initié la première coulée du 7 novembre. Enfin, une étude paramétrique s'attardant sur l'effet des propriétés du sol et de la géométrie de la pente a permis d'analyser l'évolution du coefficient de sécurité de l'escarpement arrière en fonction du temps suite au déchargement des débris causés par les deux premiers glissements. L'ensemble des résultats donne un bon aperçu de la complexité d'inclure le temps dans les analyses de stabilité permettant de reproduire les conditions ayant menées à la première coulée du 7 novembre 2016. / The Saint-Luc-de-Vincennes landslide occurred in several events between October 22 and November 9, 2016. The description of these events is based primarily on the testimony of the property owner. According to his observations, on October 22, a first rotational slide, involving the toe of the slope, occurred. A few days later, a larger slide would have involved the entire slope by reaching the crest of the slope. It seem that this slide could have initiated the first sensitive clay flowslide that occurred on November 7 and would have given the shape of the bottleneck characteristic of clay flows. On November 9, a second flow occurred, followed very quickly by a spread. The objective of this study is to present a methodology allowing the temporal modeling of the conditions that led to the initiation of clay flows. In this perspective, odometer tests with permeability and consolidation coefficient (cv) calculations were performed in order to characterize the mechanical behavior and the properties of sensitive clays at Saint-Luc-de-Vincennes. All of these parameters were used to carry out numerical modelling, by coupling SLOPE/W and SIGMA/W from the GeoStudio suite, of the discharge of debris from the October 22 landslide and the second landslide that occurred a few days later and which would have initiated the first flow on November 7. Finally, a parametric study focusing on the effect of soil properties and slope geometry was used to analyze the evolution of the safety factor of the back scarp as a function of time following the unloading of debris caused by the first two slides. The overall results provide a good overview of the complexity of including time in stability analyses to reproduce the conditions that led to the first landslide on November 7, 2016.