Un glissement de terrain actif menace l’intégrité de l’unique chemin de fer qui relie la ville de Gaspé au reste du Québec. Il est impératif de comprendre les mécanismes qui contrôlent cette instabilité afin d’augmenter la sécurité de ce tronçon de la voie ferrée. Un système d’instrumentation du massif fût mis en place en 2009 pour caractériser le glissement, décrire son comportement cinétique, proposer des scénarios de rupture et évaluer le risque. Cette thèse de doctorat rassemble trois articles portant sur ces aspects. Ce document se veut aussi un moyen de partager les connaissances acquises sur l’instrumentation d’un massif rocheux, ainsi que la contribution de ces instruments à un système de prédiction d'un événement potentiellement dangereux. Le glissement de Gascons est une rupture dièdre asymétrique de 410 000 m³. Il glisse sur le litage de la formation sédimentaire de l’Anse-à-Pierre-Loiselle, une unité de transition composée majoritairement de calcilutite à nodules. Le glissement est divisé en blocs par l’étude des linéaments et des fractures. De plus, des surfaces de rupture intermédiaires sont reconnues. Le suivi in-situ couplé au suivi satellitaire mesure des déplacements variant de 6 à 111 mm/an selon les secteurs. L’interaction entre le glissement et les facteurs environnementaux, comme la présence d’eau, est complexe, mais bien présente. La nappe phréatique se situe généralement tout juste sous la surface de rupture dans la majorité du glissement, mais les précipitations et la fonte des neiges augmentent les pressions d’eau et le niveau équivalent de l’eau sous-terraine augmente au-dessus de la surface de rupture dans le secteur amont du glissement. Une analyse quantitative du risque est effectuée en adaptant la méthodologie proposée par Fell et al. (2005). Des scénarios de ruptures sont déterminés et l’effet domino d’une rupture partielle est étudiée avec un arbre d’évènements qui permet d’associer des probabilités relatives. La probabilité spatio-temporelle minimale sans prédiction est définie afin de caractériser le risque associé à un glissement actif sans prédire la rupture. Enfin, cette recherche contribue à améliorer la compréhension théorique des mécanismes associés au domaine de la post-rupture, par exemple le rôle de l’eau dans la progression d’une instabilité active. / An active rockslide threatens the integrity of the single railway connecting the town of Gaspé to the rest of Quebec. A better understanding of the mechanisms controlling this instability is needed to increase the safety of this section of the track. An instrumentation system was set up in 2009 to characterize the rockslide, describe its kinematic behaviour, propose failure scenarios and assess the risk. This thesis presents three papers covering these aspects. This document is also meant to share knowledge on the instrumentation of a very slow rockslide, and the contribution of these instruments to an early warning system of a potentially dangerous event. The Gascons slide is a 410 000 m³ asymmetrical wedge failure. It slides on the bedding of the sedimentary Formation of Anse-à-Pierre Loiselle, which is a transition unit mostly made up of nodulous calcilutite. The slide is divided into blocks by the study of lineaments and fractures and intermediate sliding surfaces are identified. In-situ monitoring, coupled with satellite monitoring, shows displacements varying from 6 to 111 mm/yr across different sectors. The slide is sensitive to environmental forces, such as groundwater level variations, but the interactions are complex. The water table is generally right below the sliding surface, but rainfall and snowmelt increase groundwater pressure, and the equivalent water level is then above the sliding surface in the uphill part of the slide. A quantitative risk analysis is carried out by adapting a methodology proposed by Fell et al. (2005). Failure scenarios are determined and the domino effect of a partial collapse event is evaluated by constructing an event tree, which enables the determination of relative probabilities. The concept of minimum temporal spatial probability without forecasting is defined to characterize the minimal risk associated with an active slide without predicting the rupture. Finally, this work contributes to improving the theoretical understanding of the mechanisms associated with the post-failure stage, for example the role of water in the progression of an active instability.

Ce travail, porte sur l'évaluation de la stabilité sismique de trois talus naturels typiques de l'Est du Canada situés à proximité de cours d'eau. Le but poursuivi pour ce travail est d'appliquer, comparer et évaluer les différentes méthodes de calcul de la stabilité sismique des talus naturels. Les principaux termes et concepts de base de la sismologie et les méthodes d'analyses de stabilité de talus sont d'abord présentés. Ensuite, la sélection des sites présentant une problématique de stabilité de pente a été effectuée (talus de Saint-Adelphe, talus de Maskinongé et talus de Baie Saint-Paul). La compilation des données de références, l'analyse de l'aléa sismique et la modélisation dynamique ont été réalisées sur chacun des sites. Ces travaux ont étudié le comportement sismique de trois talus naturels et ont permis de clarifier plusieurs aspects relatifs aux mécanismes de déformation des talus sous sollicitations sismiques.

Des observations d'événements passés sont utilisées afin de démontrer que la rupture progressive explique les étalements, de grands glissements survenant dans les argiles sensibles. Lors d'une rupture progressive, le comportement anti-écrouissage est utilisé afin de distribuer les contraintes dans le talus et explique qu'une faible perturbation initie une grande rupture. Il est illustré que dans le cas des étalements, l'instabilité est déclenchée près du pied de talus par un déchargement critique, généralement causé par érosion. La rupture progressive se propage quasi-horizontalement dans le talus et réduit la pression des terres, menant à la dislocation active du sol en horsts et grabens. La dislocation du talus fait donc suite à la propagation de la surface de rupture. Une méthode numérique est élaborée afin d'identifier les paramètres influençant la rupture progressive et de valider l'application du mécanisme aux étalements. Cette méthode comporte deux étapes : (i) évaluation des contraintes présentes initialement dans le talus et (ii) modélisation de la rupture progressive. H est démontré que les hautes pentes, fortement inclinées avec un coefficient de pression des terres au repos (Ko) élevé sont susceptibles à la rupture progressive et que celle-ci se propage sur une grande distance. La rupture est favorisée par un sol ayant une grande fragilité lors du cisaillement et une faible rigidité. Une faible résistance à grande déformation du sol favorise une grande distance de propagation. Les argiles de l'est du Canada présentant une forte sensibilité et une grande fragilité lors du cisaillement sont donc considérées comme susceptibles à la rupture progressive. La méthode est appliquée à l'étalement survenu à Sainte-Monique-de-Nicolet, en 1994, dans une argile silteuse sensible presque normalement consolidée. H est démontré que la contrainte de cisaillement initiale dans la pente était près de la résistance intacte du sol. La stabilité du talus était précaire. L'initiation et l'étendue de la rupture observée est expliquée par un sol ayant une grande fragilité lors du cisaillement et une résistance à grande déformation près de la résistance remaniée du sol. D est donc démontré numériquement que la rupture progressive explique l'initiation et l'étendue de la surface de rupture de cet étalement.

Dans le cadre d’un mandat de recherche confié à l’Université Laval par le Ministère des Transports du Québec et consistant à la réalisation d’une analyse initiale des mouvements de terrain liés à l’exploitation minière et leurs conséquences possibles sur les infrastructures routières et urbaines à Black Lake, ce projet de maîtrise a pour but d’analyser le potentiel tsunamigénique des glissements de terrain actifs sur la paroi est de la mine abandonnée LAB d’Amiante du Canada suite au remplissage actuellement en cours de la fosse. Pour ce faire, le logiciel GeoClaw, basé sur le système d’équations de Barré de Saint-Venant, a été utilisé afin de modéliser numériquement la formation d’un tsunami. Étant donné que la possibilité qu’un tsunami soit généré à Black Lake ne pourrait se réaliser que dans plusieurs années, le modèle utilisé a été tout d’abord validé en l’utilisant pour un cas québécois récent survenu en 2014 au Lac-des-Seize-Îles. La génération d’un tsunami est non seulement fonction du plan d’eau dans lequel il peut se produire, mais aussi du volume impliqué et de la vitesse de déplacement d’une masse en mouvement. Ces paramètres ont donc été préalablement déterminés avant de procéder à l’analyse du potentiel tsunamigénique des divers scénarios possibles le long de la paroi est de la mine. Étant donné les diverses incertitudes inhérentes à une telle analyse prospective, la modélisation numérique de la génération, de la propagation et de l’inondation d’un tsunami a été réalisée par une approche paramétrique, en utilisant les différents scénarios établis par les analyses de stabilité et de la cinématique ainsi qu’un modèle numérique de terrain obtenu à partir de plusieurs levés LiDAR en tant que paramètres d’entrée. De plus, l’effet du remplissage graduel de la fosse, provoqué par l’arrêt des opérations d’exploitation et de pompage, a aussi été évalué pour les divers scénarios. Les travaux ont permis d’identifier, si tel est le cas, le niveau minimal requis dans la fosse pour qu’il y ait atteinte des différentes infrastructures durant l’inondation, et d’ainsi estimer, pour chacun des scénarios, les conséquences potentielles advenant l’accélération soudaine d’un glissement de terrain et la formation d’un tsunami. Les principaux résultats démontrent que si un glissement de terrain avait réellement à se produire, trois scénarios sont potentiellement plus problématiques en termes de conséquences liées à l’inondation des différentes infrastructures. L’infrastructure routière principale du secteur (c.-à-d. la Route 112) serait potentiellement affectée, avec une gravité variable en fonction du niveau d’eau du lac et de la vitesse de mobilisation des glissements de terrain, alors que les infrastructures urbaines du secteur de Black Lake seraient toujours épargnées. Finalement, cette analyse aura aussi démontré l’intérêt d’étendre l’application de cette méthode à d’autres cas récents et historiques au Québec. / As part of a research project entrusted by the Quebec Ministry of Transports consisting in a preliminary analysis of landslides induced by the mining operations and their potential consequences on the road and urban infrastructures of Black Lake, this Master’s project analyses the tsunamigenic potential of the east wall landslides of the abandoned mine LAB d’Amiante du Canada following the eventual reflooding of the open pit. In order to achieve this, the GeoClaw software, based on the Barré-de-Saint-Venant shallow water equations, has been used to model the tsunami formation. Given the fact that a landslide-generated tsunami could only happen in several years in Black Lake, the model was first validated by applying it to a recent case that occurred in 2014 at Lac-des-Seize-Îles in Quebec. Tsunami generation is not only a function of the affected water basin, but also of the volume and the displacement velocity of the mobilised mass. These parameters have been pre-determined before proceeding with the tsunamigenic potential analysis of possible landslides along the east wall. Given the inherent uncertainties associated with this kind of prospective analysis, the generation, propagation and flood modeling has been completed with a parametric approach, using scenarios established from a stability and kinetic analysis , and using a digital elevation model built from LiDAR surveys as input parameters. Furthermore, the effect of pit flooding induced by the mine shutdown has also been evaluated for the landslide scenarios. This work allowed identifying the minimal water level required in the open pit at which the road and urban infrastructures would be affected by the inundation and thus allowed estimating the potential consequences if a sudden acceleration of the landslide occurs and if a tsunami is generated. The main results show that if a landslide were to occur, three different landslide scenarios would be potentially more problematic in terms of inundation of the infrastructures. The main road infrastructure (i. e. Highway 112) would be potentially affected, with varying severity depending on the water level of the lake and the mobilization velocities of the landslides, while the urban infrastructure located in the Black Lake area would remain unaffected. Finally, this analysis has demonstrated the interest to extend the application of this method to other recent and historic landslide-induced tsunami cases in Quebec.

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.