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.

Au Québec, la température hivernale atteint -35 °C et les cépages non-rustiques (Vitis vinifera L.) doivent être protégés du gel par l'installation de géotextiles ou par buttage qui consiste en un travail du sol intensif et bisannuel pour recouvrir et découvrir les vignes. Ces conditions restreignent l'implantation de cultures intercalaires : (1) leur établissement et leur croissance sont limités à la saison de production, (2) le buttage détruit la végétation intercalaire à l'automne et (3) l'installation de géotextiles permet la culture d'espèces pérennes, mais elle est plus coûteuse. Au Québec, l'adoption de cultures intercalaires demeure donc marginale, malgré les bienfaits reconnus de ces cultures, dont le contrôle des adventices et l'atténuation de l'érosion hydrique. Leur impact sur la croissance et la production de la vigne sont également méconnus sous le climat continental du Québec. Une expérience en blocs aléatoires complets a été établie (2018-2020) dont l'objectif était de comparer l'effet du désherbage mécanique à deux mélanges de graminées intercalaires (annuelles vs pérennes) sur le contrôle des adventices et leur diversité, la stabilité des agrégats du sol ainsi que la croissance et la productivité de la vigne durant la période d'implantation. L'expérience incluait aussi un témoin enherbé (adventices). Le désherbage mécanique a mieux contrôlé les adventices, et a diminué la richesse et la diversité de la flore comparativement aux couverts végétaux. La densité des adventices annuelles et vivaces n'a pas diminué sous cultures intercalaires et le recouvrement des adventices au sol surpassait les 50 % en fin de saison. Néanmoins, la biomasse aérienne des adventices est demeurée en-dessous de celle du traitement enherbé durant les deux premières années. En fin de saison, la stabilité des agrégats du sol était plus élevée sous couvert végétal comparativement au désherbage mécanique. Ni le rendement, ni la qualité des raisins n'ont été affectés par la régie de culture dans l'entre-rang. / Non-hardy grapevine varieties require winter protection in southern Quebec because temperature can drop to –35 °C and cause irreversible frost damage. Winter protection is provided either by geotextiles or hilling, the latter generating intensive soil disturbance twice a year. These constraints limit the adoption of intercrops because 1) their establishment and growth are concurrent with the crop, 2) hilling destroys intercrops every fall, and 3) the use of geotextiles allows the adoption of perennial intercrops but is more expensive. Although it can control weeds and mitigate soil erosion, intercropping in Quebec vineyards is limited. Moreover, grapevine response to intercropping is poorly documented under Quebec's continental climate. A randomized complete block design experiment was conducted (2018-2020) to compare mechanical weeding to two grass mixture intercrops (annual vs perennial), during vineyard establishment. Variables tested included weed control and diversity, soil aggregate stability, vine growth, and grape yield. A weedy control was also included. Cultivation was more efficient at controlling weeds than both intercrops but decreased plant species richness and diversity in comparison to other treatments. Weed density did not decrease over time and weed cover was relatively high (> 50% at the end of the growing season) under intercrops. Nevertheless, weed shoot biomass was lower under intercrops than in the weedy control during the first two years. Cultivation was also detrimental to soil structure, it showed lower aggregate stability compared to vegetated treatments by the end of the season. None of the interrow management methods had an impact on vine yield fruit quality.

La présente étude porte essentiellement sur l'élaboration de modèles qui mettent en relation, d'une part, les propriétés de résistance des sols (résistance au cisaillement obtenue au scissomètre) et, d'autre part, les propriétés résilientes (modules rétro-calculés à partir d'essais de déflexion) avec les valeurs d'indice de pénétration obtenues au pénétromètre à cône dynamique (DCP). Des essais de terrain ont été effectués sur dix sites couvrant une gamme étendue de sols cohérents représentatifs du contexte géologique québécois ainsi qu'au Site Expérimental Routier de l'Université Laval (SERUL) sur chacune des quatre fosses présentant un sol d'infrastructure différent. Des essais de laboratoire ont également été réalisés sur cinq sols pulvérulents reconstitués. Les résultats obtenus sur le terrain et en laboratoire ont été comparés et analysés afin de définir la relation entre la résistance et la résilience pour différents types de sols ainsi que d'effectuer plusieurs regroupements. En réalisant une analyse statistique avec trois différents niveaux d'interprétation, des relations robustes faisant intervenir des variables explicatives ont été développées. Un minimum d'information sur le sol testé est nécessaire pour le premier niveau, la classification du sol est requise pour l'utilisation des modèles du deuxième niveau alors que des paramètres qui tiennent compte des caractéristiques des sols sont requis pour le troisième niveau. Pour les sols à grains fins, ces paramètres sont la densité sèche, l'indice de plasticité et l'indice de liquidité alors que pour les sols à grains grossiers, ceux-ci sont la densité et l'indice de plasticité ou la teneur en eau.

Une caractérisation géotechnique des sites d'étude de l'Isle-Verte et de Notre-Dame-des-Neiges, dans le Bas-Saint-Laurent, a permis de définir les principales caractéristiques physiques, minéralogiques, mécaniques et hydrauliques des silts argileux constituant ce dépôt. Ces sites sont constitués d'une couche de consistance très raide à dure qui surmonte une couche de consistance raide, avec la présence d'une couche de transition entre celles-ci. L'unité supérieure est fortement surconsolidée et montre des teneurs en eau d'environ 20 %, associées à des indices de liquidité près de 0. L'unité inférieure présente des teneurs en eau d'environ 30 %, associées à des indices de liquidité qui augmente jusqu'à 0,8 en profondeur. Plusieurs indices indiquent que le sol de l'unité inférieure est normalement consolidé ou légèrement surconsolidé, dont un rapport SuV/'v0 de 0,20 et des rapports Bq entre 0,8 et 1,0. L'unité intermédiaire joue un rôle de transition entre les unités supérieure et inférieure, avec des caractéristiques qui varient graduellement entre les deux unités. De façon générale, l'ensemble du dépôt possède des indices des vides très faibles, notamment pour les unités supérieures et intermédiaires, qui sont associés à des indices de compression entre 0,1 et 0,25. Le mode de mise en place de ce dépôt pourrait expliquer ses caractéristiques géotechniques. Il est probable qu'une réavancée glaciaire entre 12 400 et 12 000 ans B.P. ait déplacé du matériau argileux situé à des élévations plus importantes pour ensuite le déposer sur du matériau argileux déjà présent à des élévations plus faibles. L'unité inférieure semble normalement consolidée, ce qui implique que le glacier était semi-flottant et que les sols argileux qui ont été déplacés étaient gelés et collés sous le glacier. L'hypothèse de la combinaison du gel et d'une surcharge pourrait expliquer le fort degré de surconsolidation et les IL très faibles de l'unité supérieure.

La jachère agroforestière améliorée consiste à planter des arbres, après une série de cultures, dans le but de rapidement restaurer la fertilité des sols. Cette pratique est encouragée car elle permettrait, entre autres, de raccourcir le temps des jachères; d’améliorer la fertilité des sols; d’augmenter les rendements des cultures. De plus, cette dernière aurait un bon potentiel d’adoption par les agriculteurs car sa pratique est proche de la jachère traditionnelle. En République Démocratique du Congo, un projet datant de la fin des années 90 a permis à plus de 300 agriculteurs de pratiquer des jachères agroforestières à Acacia auriculiformis afin d’améliorer le rendement des cultures de manioc – principal aliment de cette région. La présente thèse s’était fixée comme but d’étudier le potentiel des jachères agroforestières en approfondissant certains aspects de cette pratique notamment ceux liés aux effets que pourraient avoir l’âge des arbres sur les sols. Plus spécifiquement, les objectifs étaient de: i) évaluer et comparer les effets des jachères agroforestières à A. auriculiformis dont les classes d’âge étaient 1 à 3 ans, 3 à 5 ans et 5 à 7 ans ainsi que des jachères traditionnelles de 5 ans sur la fertilité et les stocks de carbone des sols ; ii) évaluer et comparer les rendements de manioc et les contenus en nutriments de leurs feuilles et farines; et iii) identifier les facteurs socio-économiques liés à la continuité de la pratique de la jachère agroforestière à A. auriculiformis par les agriculteurs. Les résultats obtenus permettent de conclure que les jachères successives à A. auriculiformis âgées de 1 à 7 ans après la première récolte d’une plantation mature d’acacias de 7 ans améliorent les propriétés physico-chimiques ainsi que les stocks de carbone des sols comparativement aux jachères traditionnelles de 5 ans. Les effets de l’âge de jachères sur les propriétés physico-chimiques et les stocks de carbone n’étaient pas significatifs. Des essais de culture de manioc ont également été réalisés sur des sols de jachères agroforestières de 1 à 3 ans ; 3 à 5 ans et 5 à 7 ans ainsi que sur des sols de jachères traditionnelles âgées de 5 ans. À l’issue de 11 mois de culture, les rendements obtenus sur les jachères agroforestières longues (5 à 7 ans) ont été supérieurs à ceux de toutes les autres jachères de cette étude et ces derniers étaient également associés à des niveaux élevés de potassium contenu dans les feuilles ainsi que les farines de manioc. Cette étude a également permis, à travers la combinaison de méthodes qualitative et quantitative, de connaître les avantages et contraintes perçus par les agriculteurs. L’augmentation du rendement des cultures ainsi que la récolte d’A. auriculiformis pour la fabrication de charbon de bois ont été citées comme les avantages les plus importants par les agriculteurs. Les enquêtes ont également permis de mettre en évidence le fait que la disponibilité de la main d'œuvre en ce qui concerne le nombre des membres du ménage travaillant dans les champs était la variable qui expliquait le mieux la continuité de la pratique de la jachère agroforestière. En définitive, les jachères agroforestières à A. auriculiformis, notamment celles âgées entre 5 et 7 ans, ont permis d’améliorer la fertilité et les stocks de carbone des sols ainsi que les rendements de manioc. C’est également à cet âge que les arbres peuvent être récoltés pour la fabrication de charbon de bois, ce qui rejoindrait les attentes des agriculteurs. -- Mots clés : jachère agroforestière, Acacia auriculiformis, propriétés physico-chimiques du sol, carbone du sol, rendements de manioc, adoption, Plateau des Batéké. / Agroforestry improved fallow consists of planting trees after a series of crops in order to quickly restore soil fertility. This practice is encouraged because it would allow, among other things shorten the time of traditional fallows; improve soil fertility; and increase crop yields. In addition, the latter would have a good adoption potential because its practice is close to traditional fallow. In the Democratic Republic of Congo, a project dating back to the late 1990s enabled more than 300 farmers to practice agroforestry fallow of Acacia auriculiformis to improve the yield of cassava crops - the main food of this region. The aim of this thesis was to study the potential of agroforestry fallows with emphasis on certain aspects in connection with this practice, particularly those related to the effects that age of trees may have on soils. More specifically, the objectives were to: i) evaluate and compare the effects of A. auriculiformis agroforestry improved fallows with different class ages 1 to 3 years, 3 to 5 years, 5 to 7 years, as well as traditional fallows of 5 years on the soil fertility and carbon stocks; ii) evaluate and compare cassava yields and nutrient contents of cassava leaves and flours; and iii) identify the socio-economic factors linked to the continuity by farmers of this A. auriculiformis agroforestry improved fallow. The results of this study indicate that successive A. auriculiformis agroforestry improved fallows aged 1 to 7 years after the first harvesting of a 7-year old mature A. auriculiformis plantation, improve the soil physicochemical properties and soil carbon stocks compared to traditional 5-year traditional fallows. The effects of age on soil physico-chemical properties and carbon stocks were not significant. Cassava cultivation trials were conducted on 1 to 3, 3 to 5, and 5 to 7-year-old agroforestry fallow soils as well as on 5-year-old traditional fallow soils. After 11 months of cultivation, yields obtained on long agroforestry fallows (5 to 7 years) were higher than those of all other fallows in this study and these were also associated with high levels of potassium in the cassava leaves and flour. This study also made it possible, through the combination of qualitative and quantitative methods, to know the advantages and constraints perceived by farmers. Increased crop yield and the harvest of Acacia auriculiformis for charcoal production were cited as the most important benefits for farmers. The surveys also highlighted the fact that the availability of labor in terms of the number of household members working in the fields was the best explanatory variable for the continuity of the agroforestry fallow practice. In the end, A. auriculiformis agroforestry fallows, especially the ones between 5 and 7 yearold, can improve soil fertility and soil carbon stocks as well as cassava yields. It is also at this age class that trees can be harvested for charcoal making, which would meet farmers' expectations. Key words: agroforestry fallow, Acacia auriculiformis, soil physico-chemical properties, soil carbon, cassava yields, adoption, Batéké Plateau.

Les propriétés hydrauliques d'un till du Nord du Québec en condition saturée et non saturée ont été étudiées en laboratoire à l'aide de l'essai de conductivité hydraulique et l'essai de succion qui permet d'obtenir la courbe de rétention d'eau. Les essais ont été réalisés avec des échantillons compactés sous différentes conditions de teneur en eau et de masse volumique sèche, de manière à évaluer l'influence de ces conditions sur les propriétés hydrauliques. Les études précédentes ont montré qu'une structure agrégée se développe dans le till lorsqu'il est compacté de côté sec de l'optimum Proctor, c'est-à-dire à un degré de saturation de compactage inférieur au degré de saturation optimum (Sr0 < Sr-opt). Le till étudié dans le cadre de cette étude diffère de ceux utilisés dans les études précédentes par son très faible pourcentage de particules argileuses (< 2 μm) de 0,7%. L'objectif principal de cette étude est d'évaluer l'influence des conditions de compactage sur la conductivité hydraulique et la courbe de rétention d'eau et de déterminer si une structure agrégée se développe lorsque le till est compacté du côté sec de l'optimum. Les résultats expérimentaux typiques de la conductivité hydraulique saturée obtenus pour les échantillons compactés du côté humide de l'optimum (Sr0 > Sr-opt) avec un indice des vides de 0,328 varient de 2,6 x 10-7 à 8,6 x 10-7 m/s. Les conductivités hydrauliques typiques obtenues pour les échantillons compactés du côté sec de l'optimum (Sr0 < Sr-opt) avec le même indice des vides étaient très similaires, variant entre 2,4 x 10-7 et 9,1 x 10-7 m/s. Les courbes de rétention d'eau mesurées en laboratoire sont très semblables entre elles, présentant toutes une structure de sol homogène, peu importe si l'échantillon a été compacté du côté sec ou du côté humide. Il apparait que la conductivité hydraulique et la courbe de rétention d'eau de ce till sont très peu influencées par le degré de saturation de compactage. Ceci peut être expliqué par le très faible pourcentage de particules argileuses, qui prévient la formation d'agrégations de particules dans la structure du till lorsqu'il est compacté du côté sec de l'optimum Proctor. Plusieurs modèles d'estimation de la conductivité hydraulique sont utilisés. Cette étude propose trois nouveaux modèles d'estimation de la conductivité hydraulique saturée pour les tills du Nord du Québec. Le premier modèle met en relation la conductivité hydraulique saturée avec le diamètre des grains de la fraction fine (d50 FF) et le deuxième modèle est une équation modifiée de Kozeny-Carman et Hazen basée sur la porosité et une taille de particule effective (d10). Finalement, un modèle permettant d'évaluer l'effet de l'agrégation avec l'équation de Kozeny-Carman modifiée dans les tills compactés est proposé.

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.

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 aborde trois aspects de la conception géomécanique des fosses minières à l’aide d’un cas d’étude portant sur la fosse Tiriganiaq du projet minier Meliadine. Dans un premier temps, une méthodologie a été utilisée pour quantifier la fiabilité de la mesure de l’orientation des fractures lors de campagnes de caractérisation géomécanique à l’aide de forages orientés. L’impact du niveau de fiabilité de la mesure de l’orientation sur le résultat d’une analyse cinématique de la stabilité des flancs de la fosse a ensuite été investigué. Dans un second temps, une approche a été développée pour quantifier la contribution des campagnes d’acquisition successives de données structurales sur un site minier à la caractérisation de l’orientation des fractures. L’impact des campagnes successives sur le résultat d’une analyse cinématique de la stabilité des flancs de la fosse a ensuite été investigué. Dans un troisième temps, l’évaluation de la fiabilité des bancs miniers de la fosse par rapport à des critères de fiabilité a été réalisée au moyen d’un outil logiciel bonifié lors des travaux de recherche. Une approche multicritère systématique pour évaluer la fiabilité des bancs miniers à l’aide de cartes de susceptibilité a été proposée.

Les couvertures de couverture (CC) sont des plantes utilisées périodiquement pour couvrir le sol et qui sont ensuite enfouies dans le sol pour enrichir celui-ci par l’augmentation de la quantité de matière organique à la suite d’un retour de résidus végétaux. Cette utilisation se fait généralement de deux façons : semées après ou avant la culture principale (en dérobée) ou semées en même temps que la culture principale (en intercalaire). Ce projet de recherche avait pour objectif général de déterminer l’effet des espèces de CC et des parties végétales (racines et parties aériennes) sur la décomposition de ces plantes enfouies dans le sol. Dans une expérience factorielle en tiroirs de 3 x 2 x 6 avec quatre blocs aléatoires complets, les parties aériennes et racinaires de trois espèces de CC dont le pois fourrager (Pisum sativum L.), le trèfle rouge (Trifolium pratense L.) et la vesce commune (Vicia sativa L.) ont été enfouies dans le sol, par la technique des sacs de résidus. Des sacs ont été prélevés à 0, 10, 20, 30, 60 et 90 jours après placement au champ. Initialement, la partie racinaire de la vesce commune était la plus riche en azote (N) tandis que la partie aérienne du trèfle rouge était la plus riche en N. Nos résultats démontrent que l’azote contenu dans les racines des CC se libère plus lentement que celui des parties aériennes. Le trèfle rouge est l’espèce qui s’est décomposée le plus rapidement. Après 90 jours de décomposition, il ne restait que 20 % et 11 % de la biomasse initiale pour le pois fourrager et la vesce commune, et le trèfle rouge, respectivement. La partie racinaire des CC était plus riche en N que leur partie aérienne. Nous n’avons pas trouvé de corrélation entre la biomasse et les paramètres de qualité des CC (N, carbone (C), C:N).