Les bassins atlasiques exposent des dépôts mésozoïques et constituent le meilleur exemple de régime tectonique extensif/compressif sur la côte ouest africaine. Même si de nombreux travaux portent sur leur évolution tectonique et sédimentaire, les études portant spécifiquement sur les processus diagénétiques à l’œuvre au sein de ces bassins restent peu nombreuses. L’objectif de cette thèse est l’analyse détaillée des processus diagénétiques et de la variation de la composition des fluides en circulation pendant les différents stades de l’évolution des bassins atlasiques de rift inversés. Il s’agit d’une étude sédimentologique, diagénétique et géochimique de trois localités choisies au sein des bassins atlasiques (Moyen et Haut Atlas) afin de représenter trois secteurs géodynamiques bien distincts, à savoir le dépôt centre (localité Aït Moussa), une zone de faille majeure (localité Tunnel de la Légion) et la plate-forme carbonatée (localité Aït Athmane). L’établissement de la chronologie relative des différentes générations de fractures sur la base des entrecoupements permet d’identifier les générations de fractures associées à chacun des stades diagénétiques (éodiagénèse, mésodiagénèse et télodiagénèse). L’analyse pétrographique et géochimique des ciments en remplissage de ces fractures permet de discuter leur origine et d’établir un modèle paragénétique pour chacune des localités étudiées, depuis l’ouverture des bassins de rift jusqu'à la formation des chaînes atlasiques marocaines. Dans la localité d’Aït Athmane, le stade de l’éodiagenèse est le plus complexe, tandis que pour les localités d’Aït Moussa et de Tunnel de la Légion, c’est le stade de la mésodiagénèse qui est considéré comme le plus important en termes de nombre de générations de fractures ouvertes et de type de fluides associés. Le contexte structural a aussi une influence importante sur les stades diagénétiques et sur l’histoire thermique des dépôts sédimentaires. Dans la localité d’Aït Moussa, le modèle de l’évolution de la maturité thermique réalisé en utilisant les valeurs de la réflectance de la vitrinite a révélé que la profondeur maximale est de 3.7 km et qu’elle a été atteinte à la fin du Crétacé/début Paléogène avec une température diagénétique maximale d’environ 120ºC. Dans la localité du Tunnel de la Légion, les valeurs de Tmax (470ºC et 500ºC) obtenues indiquent que les dépôts sédimentaires ont atteint des températures diagénétiques dépassant la fenêtre à huile. Les bassins atlasiques renferment un système pétrolier de type rift et plate-forme et combinent un fort potentiel de roches mères – réservoirs. Le système pétrolier du domaine atlasique est assez bien documenté mais certains aspects tels que le stade de la génération et la migration des hydrocarbures sont mal connus. Dans cette étude, les données pétrographiques et les analyses géochimiques associées ont permis de déterminer la chronologie relative de la phase de génération des hydrocarbures ainsi que les conduits utilisés pendant le stade de la migration. Dans la localité d’Aït Moussa, le stade de la génération des hydrocarbures est enregistré sous forme d’inclusions fluorescentes dans les cristaux de dolomie (dolomie-2 et -3). Ce stade débute au Jurassique supérieur – Crétacé inférieur (ca. 150 Ma) et les hydrocarbures restent sous pression jusqu’à l’ouverture des fractures associées au début de la télodiagénèse (Éocène supérieur). Dans la localité du Tunnel de la Légion, le stade de la génération des hydrocarbures est synchrone à l’ouverture des fractures conjuguées (Crétacé supérieur – Paléocène inférieur) et continu jusqu’au début de la phase de la compression tectonique (Éocène supérieur). Dans la localité d’Aït Athmane, le stade de la génération des hydrocarbures est synchrone à l'ouverture de la deuxième génération de fractures et se poursuit après le début de la phase de la compression tectonique. Les chromatogrammes (CG et CG-SM) obtenus des échantillons prélevés des localités étudiées montre une distribution similaire des n-alcanes avec un maximum à n-C17 et n-C19. Les analyses des biomarqueurs révélent que la matière organique présente dans les localités d’Aït Moussa et de Tunnel de la Légion est d’origine marine (kérogène type II et I), et les faibles différences sont liées à la maturation thermique et à la migration. Une stratégie d'exploration devrait prendre en considération le stade du début de la génération des hydrocarbures et les fractures associées par rapport à la formation des roches réservoirs. / The Atlas basins of Morocco expose the history of two closely related Jurassic intracontinental rift basins corresponding to the Middle and the High Atlas. These sedimentary basins represent one of the best examples of extensive/compressive tectonic regime on the west coast of Africa and although they have a quite similar sedimentary history they have undergone different thermal evolution. This work is to explore the effect of these differences in terms of diagenesis and fluid flow. Several tectonic and sedimentary studies on the Atlas basins exist though very few of them focuse on the characterization of diagenetic processes. This study is based on an integrated petrographic and geochemical approach to further our basic understanding on petrogenesis and diagenetic fluid compositions. It focuses on diagenetic processes and fluid compositions related to different diagenetic stages in three locations representing: 1) the depocentre (loc. Aït Moussa); 2) a major fault zone (loc. Tunnel de la Légion); and 3) the carbonate platform (loc. Aït Athmane). Diagenetic stages are divided into three stages (eodiagenesis, mesodiagenesis and telodiagenesis) using stratiform and tectonic stylolites as markers. Relative chronology of fracture generations and stylolites based on cross-cutting relationships enables to assign fracture generations to each diagenetic stages. Detailed paragenetic and geochemical analysis on fracture and pore-filling cements help to establish the paragenetic sequences and to illustrate the relationship between different diagenetic mineral phases in a time/space-resolved petrogenetogram. Geochemical analyses have been done in ordre to investigate the nature and the origin of diagenetic fluids circulating in the study areas from the rifting period until the formation of the Atlas Mountains. Various diagenetic processes including cementation, dissolution, compaction, recrystallization, replacement, dolomitisation, and dedolomitisation are observed at the different locations. At Aït Athmane, eodiagenetic stage is essentially controlled by sea level fluctuations while telodiagenetic stage was tectonically controlled by the circulation of ascending fluids through major faults enriched in lead and hydrocarbon. The thermal maturity model based on vitrinite reflectance (Ro 0.85 and 1.34 %) analysis on samples from Aït Moussa indicates a maximum burial depth around 3.7 km, reached during Upper Cretaceous to Early Paleogene, with a maximum diagenetic temperature of approximatly 120ºC. Tmax values calculated from argillaceous limestones at Tunnel de la Légion range from 470ºC to 500ºC indicating overmature sedimentary successions in the area. Both Atlas rift basins contain a rift-type and a platform-type petroleum system, a situation that also applies to the numerous Atlantic-type, margin-related rift basins that formed during Triassic – Jurassic rifting along western Africa. The petroleum system of the Atlas basins is fairly well documented, but certain aspects as hydrocarbon generation and migration stages are poorly understood. At the locality of Aït Moussa, hydrocarbon generation stage is recorded as fluorescent inclusions in dolomite crystals (dolomite-2 and -3) and starts in the Late Jurassic - Early Cretaceous (approx. 150 Ma). Hydrocarbon fluids remained normally pressured until the opening of late diagenetic fractures during Late Eocene tectonic compression. At the locality of Tunnel de la Légion, hydrocarbon generation stage begins with the opening of conjugate fractures during Late Cretaceous – Early Paleocene and continue until the begining of tectonic compression (Late Eocene). At the locality of Aït Athmane, hydrocarbon generation stage is synchronous to the opening of the second generation of fractures and continues after the begining of tectonic compression. The GC and GC-MS chromatograms of samples taken from the three location shows a very similar n-alkanes pattern with a maximum at n-C17 and n-C19. Biomarker analyses revealed that the origin of the organic matter in the localities of Aït Moussa and Tunnel de la Légion is marine (kerogene type II and I) and the small differences are related to thermal maturation and to migration. An exploration strategy should consider the begining of hydrocarbon migration stages and associated fractures relative to the rock reservoir formation.

Des simulations numériques tridimensionnelles ont été réalisées pour évaluer les impacts de la migration de méthane en provenance de puits de production abandonnés dans des aquifères peu profonds. Les modèles conceptuels considérés impliquent la migration et la dissolution de méthane gazeux dans les eaux souterraines, la biodégradation du méthane (CH4) dissous dans des conditions anaérobies et aérobies et la production de sulfure (HS-). Les écoulements multiphases d’eau et de méthane et le transport réactif du méthane en milieu poreux sont simulés par les modèles numériques DuMux et BIONAPL/3D respectivement. Tout d’abord, l’impact de la migration de méthane dans un aquifère confiné peu profond en Alberta est évalué. Par la suite, un cas de contamination hypothétique d’un aquifère libre peu profond basé sur le site de Borden en Ontario est considéré. Dans le premier scénario, les simulations montrent que des taux d’oxydation du méthane compris entre 1×10-5 et 1×10-3 kg/m3/j associés à des débits de gaz de 2 à 20 m3/j appliqués pendant 2 ans à la base de l’aquifère permettent de reconstituer les concentrations en CH4 observées sur le terrain. Dans le cas le plus réactif, les concentrations en CH4 atteignent la limite de 10 mg/L après 5 ans alors qu’une concentration maximale en HS- de 142.5 mg/L est atteinte après 2 ans. Dans le second scénario, l’étendue du panache de méthane est beaucoup plus faible que dans le premier scénario et les taux d’oxydation élevés du méthane en conditions aérobie permettent une consommation rapide du CH4. La production de HS- est également moins importante. Les résultats obtenus suggèrent que l'aquifère libre considéré est moins vulnérable à la migration de méthane que le cas confiné. L’acquisition de connaissances sur les caractéristiques physicochimiques des aquifères est nécessaire pour appréhender les impacts de la migration de gaz dans les eaux souterraines.

Dans une problématique de réinterprétation géodynamique de la zone de suture Yarlung Zangbo (ZSYZ) au sens large, la pétrographie, la chimie minérale et la li- thogéochimie ont été effectuées sur des roches mafiques, ultramafiques et sédimentaires provenant de trois unités géologiques situées immédiatement au sud des ophiolites de la ZSYZ : le mélange ophiolitique crétacé précoce, le mélange de Yamdrock mésozoïque et le flysch triasique tardif. La majorité des roches mafiques du mélange ophiolitique montrent des caractéristiques géochimiques typiques d'un bassin d'arrière-arc, certaines d'un arc intra-océanique. De même, les roches ultramafiques possèdent des caractéristiques géochimiques qui suggèrent une origine dans un environnement de supra-subduction. Ces caractéristiques varient selon le taux de fusion partielle et le degré d'interac- tion magma-manteau enregistrés par les péridotites. Une analogie peut être faite avec des systèmes océaniques modernes de type arc-bassin. Le mélange ophiolitique résulte bien de la désagrégation des massifs ophiolitiques sus-jacents. Les roches mafiques du mélange de Yamdrock montrent une affinité géochimique avec le magmatisme intra- plaque océanique (de type OIB). Les roches mafiques du flysch triasique montrent une signature géochimique double qui suggère qu'elles dérivent d'une même source magma- tique intraplaque enrichie, mais qu'elles ont subi des processus d'assimilation et de cris- tallisation fractionnée (ACF). Cette contamination crustale continentale semble résulter de la dislocation de la Plaque Indienne lors de l'ouverture de l'Océan Néo-Téthys. Une analogie peut être faite avec le point chaud de la Réunion, dans l'Océan Indien, et les Trapps de Deccan, à l'ouest de l'Inde. Les roches sédimentaires de ces deux unités possèdent une signature géochimique qui concorde avec un environnement de déposition le long d'une marge passive et avec une source au niveau de la croûte continentale supérieure ancienne de l'Inde. Les blocs mafiques d'affinité intraplaque induiraient une contribution mafique et les batholites granitiques démembrés une contribution felsique à la source de ces turbidites. L'évolution paléozoïque du bassin néo-téthysien a ainsi été reconstituée en fonction de l'environnement tectonique défini pour chaque unité géologique associée à la ZSYZ.

Le réchauffement climatique prédit pour les prochaines décennies, aura des impacts majeurs sur le pergélisol qui sont très peu documentés pour l’instant. La présente étude a pour but d’évaluer ces impacts sur les propriétés mécaniques du pergélisol et sa stabilité à long terme. Une nouvelle technique d’essai de pénétration au cône à taux de déformation contrôlé, a été développée pour caractériser en place le pergélisol. Ces essais géotechniques et la mesure de différentes propriétés physiques ont été effectués sur une butte de pergélisol au cours du printemps 2000. Le développement et l’utilisation d’un modèle géothermique 1D tenant compte de la thermodépendance du comportement mécanique ont permis d’évaluer que les étendues de pergélisol chaud deviendraient instables à la suite d’un réchauffement de l’ordre de 5 °C sur cent ans. En effet, la résistance mécanique du pergélisol diminuera alors rapidement jusqu’à ll, 6MPa, ce qui correspond à une perte relative de 98% de la résistance par rapport à un scénario sans réchauffement.

Dans les régions nordiques, l’une des conséquences du réchauffement climatique est le dégel du pergélisol. En plus de favoriser la libération de quantités importantes de méthane et de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, le dégel du pergélisol entraînera une modification des conditions hydrologiques locales et régionales, affectant ainsi les écosystèmes. Ce dégel pourra aussi conduire à un affaissement des sols et endommager ainsi les infrastructures routières. Dans le cadre de cette étude, des simulations numériques couplant l’écoulement des eaux souterraines et le transport de chaleur ont été réalisées dans le but de mieux appréhender les interactions entre l’écoulement des eaux souterraines et la dynamique thermique relative au dégel du pergélisol sur les pistes de l’Aéroport d’Iqaluit, Nunavut, Canada. Un modèle conceptuel du site est d’abord développé et le modèle numérique bidimensionnel correspondant est calé à partir des températures observées du sol. Les impacts futurs du réchauffement climatique sur le régime thermique et le système d’écoulement, aussi que le tassement dû au dégel, sont ensuite simulés sur la base des scénarios climatiques proposés par le Groupe Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat (GIEC). Dans le cadre d’un réchauffement climatique, la couverture neigeuse de surface est identifiée comme le facteur principal affectant la dégradation du pergélisol, y compris par son rôle dans l’accroissement de la sensibilité de la dégradation du pergélisol aux changements de divers facteurs hydrogéologiques. Dans ce cas, le transfert de chaleur par advection joue un rôle relativement mineur, quoique non négligeable, vis-à-vis du transfert de chaleur par conduction, du fait de l’extension importante d’un sol de faible perméabilité à proximité de la surface. Le transfert de chaleur par convection, qui est fortement influencé par la couche de neige superficielle, contrôle la libération de l’eau non gelée et la profondeur de la couche active aussi bien que l’amplitude du tassement et du soulèvement par le dégel. L'effet de la zone non saturée sur le dégel du pergélisol est plus important dans les sols fins, recouverts de neige en surface. De plus, l’ampleur du tassement dû au dégel augmente considérablement en présence d’une couverture neigeuse. Enfin, les simulations ont montré que, le long de routes, les zones les plus vulnérables au tassement sont les accotements recouverts de neige ainsi que les zones de transition adjacentes au bloc de pergélisol. Les simulations numériques ont également montré l’importance d’utiliser les fonctions de gel appropriées pour les types de sols impliqués. En effet, la position du front de gel (couche active) varie en fonction des caractéristiques du sol. Les résultats des simulations ont également mis en évidence les effets d'une distribution stochastique de la conductivité hydraulique sur l’advection thermique. Les taux de dégel du pergélisol sont relativement plus élevés dans des zones de haute perméabilité, trouvées dans la structure du sol d'un système hétérogène, que dans le cas d’un sol homogène. Paradoxalement, les résultats ont montré que dans les zones de décharge, le transport de chaleur par advection a pour conséquence d'augmenter le plafond du pergélisol. En effet, l'eau froide s'écoulant dans ce secteur annule le gain de chaleur résultant du processus de conduction. / At high northern latitudes, climate warming will induce permafrost degradation that will modify local and regional hydrogeological systems and ecosystem functionality, as well as increase the release of carbon and methane to the environment. Northern infrastructure, in particular roads and embankments, will also experience significant degradation. In this study, numerical simulations of coupled groundwater flow and heat transport have been developed to assess the effects of realistic combinations of hydrogeological parameters and surface conditions on the temporal and spatial evolution of permafrost degradation in a cold-region paved terrain, at the Iqaluit airport, Nunavut. A conceptual model is first developed for the site and a corresponding 2D numerical model is calibrated to the observed groundwater flow and thermal regime. Future climate warming impacts on the thermal regime and flow system, as well as thaw settlements are then simulated based on climate scenarios proposed by the IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Under climate warming, the surface snow cover is identified as the leading factor affecting permafrost degradation, and significantly contributes to positive feedback between the hydrogeological flow system and the frozen ground. In this case, advective heat transport plays a relatively minor, but non-negligible role compared to conductive heat transport, due to the significant extent of low-permeability soil close to surface. Conductive heat transport, which is strongly affected by the surface snow layer, controls the release of unfrozen water and the depth of the active layer as well as the magnitude of thaw settlement and frost heave. The effect of the unsaturated zone on permafrost thaw was most important in finer soil where overlain by snow. The magnitude of thaw settlement also significantly increases with a snow cover. The most vulnerable areas to permafrost thaw settlement along a road or taxiway embankment would be the snow-covered shoulders, as well as the transition zones at the adjacent margins of the permafrost block. The simulation results also showed the importance of selecting the appropriate freezing function based on the type of soil, when frequent freezing and thawing cycles occur in a permafrost setting. The thaw front simulated with a smooth (low slope) freezing function, was deeper compared to that for a steeper freezing function. The simulation results also highlighted the contributing effects of a stochastic hydraulic conductivity distribution on thermal advection. Permafrost thaw rates in high permeability zones, found in the soil structure of a heterogeneous system, are larger than rates for a homogeneous soil. Advective heat transport can paradoxically also increase the permafrost table in downgradient areas where the flowing cold water negates heat gain from conduction alone.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Les ressources particulières à l’environnement minier, tel que l’eau inondant des galeries et des stériles exothermiques, permettent de diminuer les coûts d’installation des systèmes de pompes à chaleur géothermique. Les particularités de l’environnement minier posent toutefois un défi de taille lors de la conception d’un système puisque l’approche utilisée doit considérer, par exemple, la conductivité hydraulique accrue par les excavations ou la génération de chaleur provenant de l’oxydation de minéraux. L’objectif de ce projet de recherche est de simuler l’opération de systèmes géothermiques issus de sites miniers dans le but de démontrer les économies d’énergie potentielles et faciliter l’installation des systèmes. Des approches numériques sont développées avec le programme HydroGeoSphere pour application à des études de cas réalisées aux Mines Gaspé à Murdochville et à la Halde Sud de la Mine Doyon en Abitibi. Un système de pompes à chaleur d’aquifère aux Mines Gaspé est optimisé avec un modèle numérique où sont superposés des éléments 1D et 3D pour représenter les excavations. Les simulations démontrent que le système peut être opéré à partir d’anciens puits de ventilation afin d’éviter d’effectuer des forages. Les stériles de la Halde Sud sont d’abord caractérisés avec un test de réponse thermique conventionnel, analysé avec l’équation de la ligne-source et le principe de superposition considérant les variations du taux d’injection de chaleur. Une méthode numérique est aussi développée pour analyser l’essai influencé par l’hétérogénéité des matériaux et le gradient géothermique prononcé. Le mort terrain et le roc sous la halde sont caractérisés à l’aide d’un nouveau test de réponse thermique effectué avec des câbles chauffants. Des simulations numériques reproduisent ensuite la distribution de température lors d’essais types, laquelle devient rapidement homogène durant la période de restitution thermique ce qui permet d’analyser la température dans le forage sans connaître la position du capteur. L’opération d’un système de pompes à chaleur couplées au sol aménagé sous la Halde Sud est finalement simulée. L’optimisation des charges de chauffage indique que l’échangeur de chaleur situé sous les stériles peut fournir plus d’énergie thermique qu’un échangeur situé dans un environnent conventionnel, réduisant la longueur de forage à l’installation. / Resources associated to mining environments, such as mine water and exothermic waste rock, allow a reduction of installation costs of ground source heat pump systems. Compared to other environments, caution is required when designing systems in mining environments because of enhanced hydraulic conductivity created by mine voids or heat generation due to oxidation of minerals. The objective of this study is to simulate the operation of geothermal systems on mine sites to demonstrate energy savings and promote installation. Numerical modeling approaches are developed with the program HydroGeoSphere applied for case studies conducted at the Gaspé Mines in Murdochville and at the South Dump of the Doyon Mine in Abitibi. A groundwater heat pump system at the Gaspé Mines is optimized with a numerical model, where 1D and 3D elements are superposed to adequately represent the mine voids. The simulations show that the system can be operated using former mining shafts to avoid drilling boreholes. Waste rock of the South Dump is initially characterized with a conventional thermal response test analyzed with the lines-source equation and the superposition principle accounting for variations of heat injection rates. A numerical method is also developed to analyze the test that was affected by the heterogeneity of materials and the strong geothermal gradient. The overburden and the host rock below the dump are characterized with a novel thermal response test using heating cables. Numerical simulations then reproduce the temperature distribution during typical tests, which homogenizes rapidly during the recovery period allowing the analysis of temperature inside the borehole without knowing the position of the sensor. The operation of a ground-coupled heat pump system installed under the South Dump is finally simulated. The optimization of heating loads indicates that the heat exchanger located beneath the waste pile can provide more thermal energy than an exchanger located in a conventional environment, reducing bore length required for a given system.

Dans le cadre du projet de cartographie hydrogéologique des aquifères fracturés des basses-terres du St-Laurent du sud-ouest du Québec (AFSOQ), la caractérisation in situ des milieux fracturés a été effectuée à l'aide de diagraphies géophysiques. L'analyse et l'interprétation de ces diagraphies géophysiques ont permis de lever les indéterminations lithologiques qui existaient dans les puits non échantillonnés. Les contacts lithoiogiques ont bien été identifiés entre les formations de compositions minéralogiques différentes. En outre, des corrélations lithologiques entre les puits à l'échelle régionale basées sur les mesures du rayonnement gamma naturel et de la résistivité électrique ont été possibles. Les discontinuités telles les fractures qui ont été identifiées dans les puits à l'aide des outils diagraphiques d'imagerie acoustique et optique peuvent l'être également à l'aide de la combinaison des diagraphies conventionnelles et acoustiques. Les familles de fractures identifiées et caractérisées dans les puits et celles décrites directement en surface sont semblables malgré des méthodes d'auscultation différentes. Les diagraphies géophysiques ont aussi permis de mettre en évidence les fractures perméables dans la plupart des puits sondés, Ces outils de caractérisation in situ des milieux fracturés devraient être davantage utilisés lors des études hydrogéologiques. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

La caractérisation détaillée de vastes territoires pose un défi de taille et est souvent limitée par les ressources disponibles et le temps. Les travaux de cette maîtrise s’incorporent au projet ParaChute qui porte sur le développement d’une Méthode québécoise d’Évaluation du Danger des Chutes de Pierres (MEDCP) le long d’infrastructures linéaires. Pour optimiser l’utilisation des ressources et du temps, une méthode partiellement automatisée facilitant la planification des travaux de terrain a été développée. Elle se base principalement sur la modélisation des trajectoires de chutes de pierres 3D pour mieux cibler les falaises naturelles potentiellement problématiques. Des outils d’automatisation ont été développés afin de permettre la réalisation des modélisations sur de vastes territoires. Les secteurs où l’infrastructure a le plus de potentiel d’être atteinte par d’éventuelles chutes de pierres sont identifiés à partir des portions de l’infrastructure les plus traversées par les trajectoires simulées. La méthode a été appliquée le long du chemin de fer de la compagnie ArcelorMittal Infrastructures Canada. Le secteur couvert par l’étude débute à une dizaine de kilomètres au nord de Port-Cartier (Québec) et s’étend sur 260 km jusqu’au nord des monts Groulx. La topographie obtenue de levés LiDAR aéroportés est utilisée afin de modéliser les trajectoires en 3D à l’aide du logiciel Rockyfor3D. Dans ce mémoire, une approche facilitant la caractérisation des chutes de pierres le long d’un tracé linéaire est présentée. Des études de trajectoires préliminaires sont réalisées avant les travaux sur le terrain. Les informations tirées de ces modélisations permettent de cibler les secteurs potentiellement problématiques et d’éliminer ceux qui ne sont pas susceptibles de générer des chutes de pierres avec le potentiel d’atteindre les éléments à risque le long de l’infrastructure linéaire. / The detailed characterization of large area is a challenging task because time and resources are frequently limited. This Master’s thesis is part of the ParaChute research project. The aim of this project is to develop a rockfall susceptibility rating system along linear infrastructures. A partially automated method has been developed to facilitate field works planning while optimizing time and resources. It is mainly based on 3D rockfall simulations carried out systematically and efficiently on every rock slopes located nearby the infrastructure to help identify potential hazardous natural cliffs. Automation tools were developed to allow the realization of simulations over large area. The proposed method also uses the software Rockyfor3D and only requires surface elevation model obtained from airborne LiDAR survey as input data. However, other data, such as orthophotos, were used for calibration. The method was applied along the ArcelorMittal Infrastructures Canada railway. The covered zone starts near Port-Cartier (Québec) and extends 260 km north along the ArcelorMittal Infrastructures Canada railway up to the Groulx Mountains. In this Master’s thesis, a partially automated method that helps to choose on which areas to focus field work by telling if there is a possibility for a block to reach the linear infrastructure is detailed.

Un modèle numérique a été utilisé pour simuler l'écoulement transitoire à saturation variable dans une croûte argileuse fracturée afin d'étudier les fluctuations des pressions d'eau dans une pente susceptible aux glissements superficiels. Le modèle hydrogéologique considère l'écoulement de surface et l'évapotranspiration. La caractérisation du site expérimental a servis à définir les propriétés hydrauliques d'une croûte argileuse. Les méthodes du profil instantané et de Köhne et al. (2002) ont été utilisées pour calibrer les courbes hydrauliques non saturées avec le modèle de double continuum de Gerke et van Genuchten (1993). Les résultats ont démontré que le réseau de fractures d'un sol argileux influence grandement la courbe K([psi]), mais peu [theta]([psi]). Les simulations montrent que les plus grandes variations du niveau d'eau sont généralement observées à la fin de la pluie torrentielle vis-à-vis la zone où se développent les glissements superficiels et correspondent à l'épaisseur de la frange capillaire.

Des mesures sismiques à faible profondeur ont été réalisées dans le cadre d’une étude hydrogéophysique en Outaouais pour investiguer le sous-sol. À cet effet, une approche intégrée qui regroupe plusieurs méthodes de traitement du signal sismique a été développée. Dans cette approche, l’ensemble des modes de propagation sismique est considéré en effectuant l’analyse conjointe des ondes de surface, des ondes réfractées critiquement et des ondes réfléchies de compression P et de cisaillement polarisées verticalement SV. Cette approche intégrée est beaucoup plus robuste que si chaque méthode était considérée séparément. Elle permet d’estimer la distribution spatiale des vitesses de propagation des ondes P et S de la sous-surface et d’obtenir des profils en réflexion qui permettent d’identifier les contacts stratigraphiques. Quatre études de cas dans la région de l’Outaouais sont présentées pour illustrer cette approche. Pour l’une de ces études à Buckingham, un essai de pénétration au piézocône sismique a été réalisé afin de valider les modèles de vitesse obtenus à partir de l’approche développée. Cette approche intégrée est applicable entre autres aux domaines de l’environnement, de la géotechnique, des risques naturels et de l’hydrogéologie.