Les Basses-Terres du Saint-Laurent sont une plate-forme des roches sédimentaires très anciennes, situées entre les Appalaches et le Bouclier canadien (Province de Grenville) et s’étendent tout au long du fleuve Saint-Laurent, de l’Ontario jusqu’au-delà de la ville de Québec. Elles sont formées d’unités géologiques datant du Cambrien à l’Ordovicien. L’ensemble est recouvert de sédiments non consolidés d’âge quaternaire. Ces unités ont été affectées par des phénomènes géodynamiques (interne et externe) qui ont généré des structures intéressantes permettant de promouvoir l’exploration pétrolière et gazière dans la région. Le Québec est entré dans le cercle de production d’hydrocarbures en 1860, avec la réalisation du premier forage en Gaspésie par la Gaspé Bay Mining Company et les Basses-Terres du Saint-Laurent ont prouvé leur potentiel en hydrocarbure depuis 1954 avec la découverte du gisement de Pointe-du-Lac. Malgré les travaux intenses et perpétués de l’exploration d’hydrocarbures réalisés ces dernières années au Québec, il faut rappeler que le sous sol québécois demeure largement sous exploité par rapport aux autres bassins sédimentaires du Canada et de l’Est américain. Toutefois, les travaux effectués jusqu’à ce jour ont permis de bien cibler les unités géologiques qui contiennent les meilleurs potentiels d’hydrocarbures. Notamment les calcaires Ordoviciens du Groupe de Trenton et du Black-River qui constituent une cible pour le modèle de dolomitisation hydrothermale et la production gazière à partir du shale Ordovicien du Groupe d’Utica. La production de manière économique du gaz contenu dans des shales gazéifères a été rendue possible grâce à l’optimisation de deux nouvelles procédés développés aux États-Unis : (i) le forage horizontal; (ii) la fracturation hydraulique avec proppant. Les gisements faisant recourt à ces types d’opérations d’extraction du gaz sont appelés gisement " non-conventionnel ". Ce projet de recherche a pour objectif de comprendre succinctement l’architecture structurale de la région des Basses-Terres du Saint-Laurent et ce, dans un contexte géologique afin d’appréhender la disponibilité des hydrocarbures (gaz et ou pétrole). Une analyse et interprétation géologique des diagraphies réalisées sur les puits Saint-Louis-de-Richelieu No1 et Saint-François-du-Lac No1, montrent que selon l’expression des signatures de la courbe des rayons gamma, le Shale d’Utica et les Calcaires du Trenton et du Black-River contiendraient des hydrocarbures du fait de leur faible teneur en matière organique par rapport au Groupe de Lorraine sus-jacent. Cette matière organique est quantifiée en taux de carbone organique totale dans la roche et évolue rationnellement avec la maturité thermique. Ainsi donc une analyse faite du carbone organique total et de la maturité thermique, suggère que la quasi-totalité des hydrocarbures dans les Basses-Terres du Saint-Laurent existent sous forme gazeuse. Les données actuellement disponibles et les méthodes mises en œuvre pour l’exploration des sites ne nous permettent pas de localiser de manière précise les endroits prospects des shales gazéifères dans les Basses-Terres du Saint-Laurent. Cependant une nouvelle réinterprétation des données sismiques combinée aux mesures de la réflectance standardisée à celle de la vitrinie du kérogène ont permis de déduire que dans les Basses-Terres du Saint-Laurent, le gaz abonde particulièrement dans la section entre Québec et Montréal. On note également une importance graduelle du gaz du Bouclier canadien vers les Appalaches (jusqu’au niveau de la faille de Logan) où le gaz évolue du type biogénique à thermogénique en fonction de l’augmentation de l’effet thermique relative à l’augmentation de la profondeur des unités géologiques. Une gamme colossale de publications d’ordre aussi bien technique que scientifique décortique les Basses-Terres du Saint-Laurent, mais beaucoup sont conçus de manière à aborder la région sous une compétence particulière et bien canalisée. Ce document est l’un des rares à être rédigé en français pour aborder les Basses-Terres du Saint-Laurent à la fois sous un angle géologique, géophysique, géochimique, pétrophysique, technique et environnemental de manière concordante permettant d’advenir à éventer son potentiel en hydrocarbure.

Le gîte à Pb–Zn–Ag de Nicholas-Denys, dans le camp minier de Bathurst (Nouveau-Brunswick), est constitué de plusieurs lentilles à pyrrhotite–sphalérite–galène, encaissées par le mudstone de la Formation de Millstream du Groupe de Fournier, déposé dans un bassin d’arrière-arc ordovicien. Les lentilles de sulfures sont concordantes avec la foliation régional S1, et sont boudinées parallèlement à la faille de Rocky-Brook Millstream, indiquant que les sulfures prédatent la déformation décrochante dévonienne. Le soufre provient de la réduction bactérienne de l’eau de mer ordovicienne dans un système ouvert aux sulphates, dans une colonne d’eau dysoxique à anoxique, avec mélange de soufre magmatique lessivé des roches mafiques sous-jacentes. Le plomb a été lessivé des sédiments du mudstone de la Formation de Millstream du bassin d’arrière-arc ainsi que des gabbros sous-jacents. Le fluide minéralisateur était réduit et acide, favorable à une minéralisation riche en pyrrhotite. Le gîte Nicholas-Denys se compare bien aux gîtes de type SEDEX. / The Nicholas-Denys Pb¬¬¬–Zn–Ag deposit, located in the Bathurst Mining Camp (New Brunswick), consists of several pyrrhotite–sphalerite–galena sulphide lenses hosted by black mudstone of the Millstream Formation of the Fournier Group, deposited in an Ordovician backarc basin. The Nicholas-Denys sulphide lenses are conformable to the bedding-parallel S1 regional foliation, and are sheared parallel to the Rocky Brook-Millstream shear zone, indicating a pre-Devonian deformation timing for mineralization. Reduced sulphur for Nicholas-Denys sulphides comes from bacterial reduction of Ordovician seawater sulphates in a system open to sulphates under dysoxic to anoxic bottomwater conditions, with addition of magmatic sulphur from underlying mafic volcanic rocks. Lead was leached from the backarc basin sediments of the Millstream Formation mudstone and from underlying synvolcanic gabbros. The mineralizing fluid for Nicholas-Denys sulphides was reduced and acidic, favourable for precipitation of a pyrrhotite-rich mineralization. Characteristics of the Nicholas-Denys deposit are compatible with a SEDEX-type classification.

Dans la foulée de la mondialisation, le développement agricole a été axé selon un seul critère, celui de l’intensification des facteurs de production. Ce qui est responsable du paradigme de l’agriculture intensive au détriment des considérations environnementales. Les effluents stockés dans des ouvrages de rétention en béton subissent des transformations sous l’action des bactéries et sont le siège de la production d’acide organique, agents potentiellement agressifs pour la matrice cimentaire. Ce travail avait pour vocation principale la détermination de la formulation adéquate du liant résistant en milieu agricole. L’ensemble des essais réalisés vise à décortiquer les paramètres contrôlant la durabilité de la matrice cimentaire face à l’agressivité des acides organiques des effluents d’élevage. À cette fin, des échantillons de pâtes et/ou mortiers de liants ordinaires et spéciaux ont été immergés dans une solution d’acide acétique simulant l’agressivité des effluents d’élevage. L’influence des ajouts cimentaires suivants : laitier, métakaolin, fumée de silice et cendre volant, a été mis en œuvre. Des essais de lixiviation et d’immersion ont été réalisés. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la résistance chimique des pâtes tout en décortiquant les mécanismes de dégradation des matrices cimentaires. Des analyses par porosimétrie au mercure, absorption atomique, diffraction des rayons-x (DRX) ont été réalisées. Les résultats montrent que l’attaque se traduit par une zonation chimique et minéralogique. La durabilité des liants ordinaires ainsi que du ciment alumineux est limitée sachant que l’effet de la durée de cure s’avère primordiale surtout pour les liants à hydratation latente. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la quantification des phases anhydres et des hydrates des liants présentant les meilleures performances chimiques. La quantification des anhydres a été réalisée par dissolution chimique, résonance magnétique nucléaire (R.M.N.) et traitement d’images. Par contre, la quantification des hydrates a été réalisée par thermogravimétrie (T.G.A.). Les résultats montrent que la stabilité des phases est dépendante des leurs compositions chimiques. L’évaluation de la résistance à la compression de cubes de mortiers sains et dégradés en solution acide a montré une amélioration nette principalement du mortier contenant du métakaolin par rapport au mortier ordinaire. Le suivi du temps d’initiation de la corrosion des armatures des mortiers au laitier et des mortiers au métakaolin a été réalisé par des mesures électrochimiques non-destructives (potentiel de corrosion, polarisation linéaire). Les mortiers au métakaolin présentent les temps d’initiation les plus longs contrairement à ceux au laitier où la forte porosité des échantillons favorisant des chemins de percolation de la solution agressive même à des cures avancées, rend l’initiation de la corrosion des armatures presque immédiate. / In the wake of the globalization, agricultural development has focused on a single criterion, the intensification of production factors. Therfore, the paradigm of intensive agriculture at the expense of environmental considerations was founded. Effluent stored in concrete retention structures are transformed under the action of bacteria to organic acids, potentially aggressive agents to the cement matrix. This work was mainly designed to determine the adequate formulation of the resistant binder in an agricultural environment. All the realized tests aim to define parameters that control the durability of the cement matrix submitted to the aggressiveness of organic acid of manure. Cement pastes and/or mortars samples of ordinary and special binders was immersed in an acetic acid solution simulating the aggressiveness of manure. The influence of mineral additions include: slag, metakaolin, silica fume and fly ash has been implemented. Leaching and immersion tests have been achieved. Initially, we were interested on the chemical resistance of pastes by analyzing the degradation mechanisms of cement matrix. The analyses were performed by mercury intrusion porosimetry, atomic absorption and x-ray diffraction (XRD). The results show that acidic attack results in a chemical and mineralogical zonation. The durability of ordinary binders and alumina cement is limited given that the effect of the curing period is essential especially for binders having a latent hydration. We were also interested to the quantification of the anhydrous and hydrate phases for binders having the best chemical performance. The quantification of the anhydrous phases was realized by chemical dissolution, nuclear magnetic resonance (NMR) and image processing. However, the quantification of the hydrates was realized by thermogravimetry (T.G.A.). The results show that stability of phases is dependent on their chemical compositions. The evaluation of the compressive strength of sound and altered mortar cubes showed a marked improvement mainly for mortar containing metakaolin compared to the ordinary mortar. The evolution of corrosion of reinforced mortars containing slag or metakaolin was followed by non-destructive electrochemical measurements (corrosion potential and linear polarization). Metakaolin mortars present the best resistance to initiation of corrosion. However, the high porosity of samples containing slag, favoring paths of percolation of acid solution even in advanced cured time, makes the initiation of reinforcement corrosion almost immediately.

La réaction alcalis-silice (RAS) est une des causes principales de détérioration précoce des bétons utilisés dans la fabrication des infrastructures. La RAS, qualifiée de cancer du béton, est une réaction se produisant entre les hydroxydes alcalins de la solution présente dans les pores de la pâte de ciment hydratée et certaines phases minérales siliceuses des granulats. Cette réaction engendre la formation d'un gel expansif qui absorbe des molécules d'eau et diverses espèces ioniques de la solution interstitielle, créant ainsi une pression entraînant la microfissuration interne du béton, la macrofissuration de surface et ultimement, dans certains cas, une réduction significative de la durée de vie utile de l’élément atteint. Ce type de réaction touche un grand nombre de structures au Québec, au Canada et à travers le monde; un des principaux problèmes lié à ce phénomène est qu’il est très difficile de réparer de façon efficace les structures affectées par ce " cancer ". Les essais normalisés A23.2-27A et 28A de l'Association Canadienne de Normalisation (CSA) (2009); (CSA) (2009) proposent diverses mesures préventives afin d'éviter que ne se développe la RAS dans les nouvelles structures de béton. Ces mesures incluent l'utilisation d'ajouts cimentaires ou l’utilisation d’adjuvant chimique à base de lithium. C’est en fait dès le début des années 50 que deux chercheurs ont démontrés que l'utilisation d’adjuvants chimiques à base de nitrate de lithium (LiNO3) tendait à diminuer efficacement l’expansion associée à cette réaction chimique nuisible (McCoy et Caldwell (1951)). Les mécanismes proposés permettant d’expliquer l’efficacité du lithium afin de contrer la RAS sont multiples. Selon Tremblay et al. (2010), certains ont été investigués davantage et certains sont plus probables que d’autres. Ce mémoire portera sur la présentation des différents indices pétrographiques de détérioration permettant d’expliquer l’efficacité du LiNO3 afin de contrer la RAS. Pour ce faire, des essais de laboratoire effectués sur des éprouvettes de béton ainsi que des barres de mortier contenant diverses concentrations en LiNO3 seront présentés. Les indices de détérioration obtenus, un mécanisme pourra être élaboré.

Le complexe des glissements de terrain de Betsiamites, dans l'estuaire du SaintLaurent, au pourtour du delta de la rivière Betsiamites sur la CôteNord, (Québec. Canada) résulte d'au moins trois épisodes de glissements de terrain. Ces mouvements de masse, d'une ampleur unique au Québec, ont causé le déplacement d'un volume total de dépôts estimé à 2000 millions de m³ (2 km³ ). Cette thèse contient l'analyse détaillée des éléments géologiques et géotechniques relatifs aux événements de mouvements de masse dans la région de Betsiamites. Des levés géophysiques subaériens et sousmarins intégrés aux résultats des données de forages et d'essais géotechniques in situ ont permis de déterminer l'architecture de la région du delta de la rivière Betsiamites et de reconstituer les principaux événements de glissements de terrain. Ainsi, la cicatrice sousmarine du complexe des glissements de terrain de Betsiamites est le résultat d'un premier mouvement de masse daté à 9250 cal BP dont le volume minimal des matériaux déplacés est estimé à 200 millions de m³. Le second événement de glissement de terrain sousmarin daté de 7250 cal BP a mobilisé un volume de dépôts estimé à 1300 millions de m³ sur une superficie de 54 km². Cette thèse démontre aussi que la portion subaérienne de la cicatrice du complexe des glissements de terrain de Betsiamites est le résultat du glissement de Colombier en 1663. Ce dernier glissement s'est déroulé en quatre phases successives dont la première a eu lieu dans le domaine sousmarin et les suivantes dans le domaine subaérien. Le séisme du 5 février 1663 a causé la une première rupture dans l'environnement sousmarin qui a, par la suite, rapidement déclenché deux grandes coulées argileuses et un étalement latéral. Lors des quatre phases de rupture du glissement de Colombier, le volume des dépôts possiblement déplacés pourrait totaliser 530 millions de m³ sur une superficie de 20 km². L'événement de Colombier est l'un des plus importants glissements subaériens documentés au Canada. La présence des cicatrices sousmarines laissées par l'événement de glissement sousmarin de Betsiamites pourrait avoir agit comme facteurs de prédisposition au déclenchement des ruptures de l'événement de Colombier.

Le Damage Rating Index est une méthode pétrographique développée pour quantifier l'endommagement du béton, principalement dû à la réaction alcalis-silice. La méthode n'est cependant pas normalisée et sa variabilité est élevée. La méthode du DRI a donc été réévaluée dans le cadre d'études intralaboratoires. Une nouvelle méthode est proposée, basée sur la méthode originale en retirant des indices moins importants pour l'endommagement et en proposant de nouveaux facteurs pour les indices restants, selon de nouvelles définitions établies pour les fissures dans la pâte. Cette nouvelle méthode donne une variabilité acceptable entre opérateurs. De plus, les travaux réalisés ont permis de démontrer que la méthode du DRI s'avère un outil puissant pour la détermination de l'état d'endommagement du béton affecté par la réaction alcalis-granulats et autres phénomènes délétères.

En Gaspésie, un chemin de fer longe approximativement le tracé de la côte entre la municipalité de Gaspé à la vallée de la Matapédia. Le long de ce tracé, un secteur montrant des évidences de mouvement de terrain dans un talus rocheux a été identifié. Afin de connaître les vitesses de déplacement du glissement, un système d'observation du mouvement de masse a été mis en place. Les déplacements mesurés et un modèle numérique de terrain ont permis de segmenter le massif rocheux en compartiments distincts: quarante-trois, au total, ont été générés. Sur ce total, la moitié (19) des compartiments comptait un instrument sur au moins une de ses arêtes. Les résultats provenant des lectures de ces instruments ont démontré que le massif rocheux est actuellement en mouvement. Les compartiments de Gascons se déplacent à une vitesse variant entre 0.5 et 5.5 mm/mois, selon divers patrons de déplacement.