Ce mémoire présente les résultats d’une étude du comportement sous sollicitations monotones et cycliques de l’argile sensible de Beauharnois. Cette étude entre dans le cadre d’un projet de recherche qui vise à faire une caractérisation dynamique des argiles sensibles de la mer Champlain. Une campagne d’investigations géotechniques a été effectuée sur le site de Beauharnois qui a permis de faire le prélèvement de plusieurs échantillons de très haute qualité à l’aide de l’échantillonneur Laval (Qualitas, 2014) et la réalisation d’une caractérisation géotechnique détaillée du dépôt tant in situ qu’au laboratoire. Le comportement mécanique a été étudié par des essais oedométriques, des essais triaxiaux et des essais de cisaillement simple à volume constant. Les essais sous sollicitations monotones ont permis de déterminer l’état limite de l’argile ainsi que les paramètres des Mohr-Coulomb à la rupture initiale et aux grandes déformations. L’étude du comportement de l’argile sous sollicitations cycliques a permis de déterminer la résistance cyclique du sol et aussi de mieux comprendre les mécanismes de dégradation de la résistance et de rupture sous ces sollicitations. Les résultats montrent que le sol peut subir un ramollissement cyclique avec de grandes déformations lors d’une sollicitation cyclique. La comparaison des résultats de cette étude avec d’autres études sur des argiles de la mer Champlain a permis de mettre en évidence la similitude du comportement de ces argiles sensibles. / This M.Sc thesis presents the results of a study of the behaviour of the sensitive Beauharnois clay under monotonic and cyclic loading. This study is a part of a research project for the dynamic characterizations of sea Champlain clay. A geotechnical investigation was carried out at Beauharnois site with performing several in situ tests and sampling clay by using high quality sampler. A laboratory testing program was carried out in order to do a geotechnical characterization of the soil and to study the behaviour under monotonic and cyclic loading. The mechanical behaviour was studied by triaxial tests and simple shear tests. The limit state curve and critical state line of the clay were determined by undrained triaxial tests. The cyclic tests were used to determine the cyclic résistance of the soil and also to understand the degradation process of strength of the soil and the mechanisms of failure under these loading. The results show that the soil can perform a cyclic softening with large déformations during a cyclic stress. The comparison of the results of this study with other studies on sea Champlain Sea clay show that there is the same behaviour under cyclic loading.

La vallée du Saint-Laurent est caractérisée par la présence d’argiles marines post-glaciaires susceptibles aux glissements de terrain. Un des facteurs responsables pour le développement des glissements de terrain est l’augmentation des pressions interstitielles dû à l’infiltration importante de l’eau dans le sol, ce qui réduit la contrainte effective du sol. Cette étude vise à comprendre la réponse des pressions interstitielles aux événements climatiques dans les dépôts argileux, ce qui permettra une meilleure compréhension des mécanismes qui entrainent les glissements de terrain et permettra d’aider à réduire leur impact. Le site d’étude est un terrain plat situé à Sainte-Anne-de-la-Pérade. La stratigraphie est caractérisée par la présence de deux couches argileuses, en alternance avec des couches de sable et de silt. Le site a été instrumenté à haute résolution spatiale et temporelle afin d’obtenir les données des conditions climatiques et les conditions hydrogéologiques et géotechniques du sol. Des essais ont aussi été réalisés en laboratoire et sur le terrain afin d’obtenir les propriétés géotechniques et hydrodynamiques des différentes couches de sol. Puis, une compensation barométrique par régression linéaire été appliquée pour les données de pressions interstitielles. Les résultats obtenus ont permis de réaliser des simulations afin de tenter de reproduire les données du site d’étude. L’interprétation des résultats a permis d’établir en premier lieu l’effet du climat sur l’infiltration de l’eau, qui dépend des précipitations, de la température et du gel du sol. Puis, les mécanismes responsables des variations de pressions interstitielles ont été identifiés, soit le climat, les propriétés des couches de sol ainsi que la rivière Sainte-Anne à proximité. L’interprétation des données et des simulations a permis de produire un modèle conceptuel représentant l’écoulement de l’eau souterraine. Finalement, le potentiel de glissement de terrain a été évalué pour le site et a été jugé faible dans les conditions actuelles. / The St-Lawrence Valley is characterized by thick and extensive post-glacial marine clay deposits that are susceptible to landslides. One important factor responsible for landslide development is the important pore water pressure increase due to the significant infiltration of water into the soil, which reduces the effective strength in the soil. This study aims at understanding pore pressure response to climatic events in clay deposits which will lead to a better knowledge of the mechanisms that trigger landslides and could help to reduce their impact. The study site is a flat terrain located in Ste-Anne-de-la-Pérade. The stratigraphy is characterized by two clay layers, alternating with sand and silt layers. The study relies on high resolution spatial and temporal meteorological, geotechnical and hydrogeological observations. Laboratory tests on samples from the site and field investigations were done in order to measure the geotechnical and hydraulic properties of the soils. Barometric compensation by linear regression was also applied on pore pressure data. The results obtained allowed us to realise simulation in order to try to reproduce the study site data. The interpretation of the results firstly established the effect of the climate on the infiltration of water, which depends on precipitation, temperature and freezing of the soil. Then, the mechanisms responsible for variations in pore pressures were identified, which are the climate, the properties of the soil layers and the nearby Ste-Anne River. Interpreting data and simulations led to a conceptual model representing the flow of groundwater. Finally, landslide potential was assessed for the site and was considered low under current conditions.

Les maisons individuelles reposant sur une formation argileuse considérée à moyen risque vis-à-vis des phénomènes de réhydratation et dessiccation des sols argileux, ont été particulièrement touchées par les tassements différentiels provoqués par le phénomène depuis les sécheresses de 2003 et 2005 en Gironde (33). Une première partie de la thèse a été de mener une étude sur le comportement gonflant et rétractant de la formation argileuse de Brach d’âge Plio-quaternaire, responsable de centaines de sinistres sur habitations à l’échelle d’un quartier puis à celle de la parcelle, à l’aide des paramètres géotechniques et mécaniques. Elle a mis en évidence l’hétérogénéité des faciès argileux et l’influence des passées sableuses à l’échelle de la formation argileuse. L’autre intérêt de ce travail est la compréhension des mécanismes et des cinétiques d’hydratation et de dessiccation des sols argileux jusqu’à 3 m de profondeur, sur un cycle annuel. L’étude est basée sur une méthode associant les données géophysiques aux valeurs des paramètres géotechniques obtenus in situ et en laboratoire. Ce couplage repose sur une instrumentation géotechnique et géophysique continue sur un site expérimental de la commune de Pessac (Gironde). L’intérêt de cette instrumentation est d’établir des corrélations entre les sollicitations mécaniques enregistrées par le sol (déplacements verticaux) en fonction de l’évolution de la teneur en eau volumique des sols jusqu’à 3 m de profondeur, reliée aux variations de résistivités électriques. Les travaux présentent les premiers résultats comparés entre les données géotechniques et les données géophysiques issues d’un dispositif de tomographie de résistivité électrique installé à demeure, aboutissant à l’obtention de gammes de résistivité électriques variables corrélées aux faciès rencontrés et à la teneur en eau des sols. / Homes built on sensitive clayey soils, considered as medium risk, are showing cracks evidencing differential movements occurring in their foundations after drought periods of 2003 and 2005. To address this problem in a first part of the thesis, the swell-shrinkage behaviour has been investigated specifically to the Plio-quaternary clayey formation of Brach, both at the scale of a district and a small land. The results reveal the variability of the clay behaviour when sandy lenses occurred inside the formation. The present work aims to assess geotechnical and compressibility parameters to analyse the variability of the swelling-shrinkage parameters inside a same clayey formation. The aim of a second part of this study is to identify the seasonal soil moisture variations occurring between wet period and dry summer down to 3 meter depth, using a new method integrating geophysical and geotechnical data obtained in situ and in laboratory. This research is based on the setting of an experimental site on Pessac town (Gironde) in order to monitor clayey behavior, to establish correlations between geotechnical properties, water content variations and electrical resistivity on soils over time and every month. The purpose is to survey and evaluate kinetics of soil water content evolution, temperature and vertical displacements down to 3 m depth. This work presents the first results which compare geotechnical, volumetric and electrical resistivity data by combining the field and laboratory measurements.

Au Québec, d’importants dépôts d’argile marine ont été mis en place lors de la dernière déglaciation. Ces argiles peuvent devenir sensibles suite au lessivage des ions contenus dans leur eau interstitielle. Des glissements de terrain majeurs peuvent alors se produire dans ces dépôts d’argile sensible, ce qui constitue une menace pour les infrastructures civiles et les populations établies dans ces secteurs. Parmi les méthodes géophysiques d’investigation de proche surface, la mesure de la résistivité électrique présente un bon potentiel pour déceler les variations de la salinité de l’eau interstitielle dans un dépôt argileux. Afin de tester ce potentiel, une campagne d’investigation géophysique et géotechnique d’un dépôt argileux a été réalisée dans la vallée du ruisseau des Vases à Brownsburg au Québec. Cette campagne incluait un profilage de polarisation provoquée de 1,6 km de longueur, six essais de pénétration au piézocône avec mesure de la résistivité électrique et cinq forages avec échantillonnage. Différentes mesures géotechniques et chimiques ont aussi été réalisées sur les échantillons d’argile et sur leur eau interstitielle. Selon les résultats obtenus, des variations de résistivité électrique, de résistance au cisaillement du sol à l’état remanié et de la salinité ont été observées le long de la vallée. Des écarts importants jusqu’à 20 Ωm ont été notés entre les différentes méthodes de mesure de la résistivité électrique. Des corrélations empiriques ont été établies entre la résistivité électrique, la salinité et la résistance au cisaillement du sol à l’état remanié. Pour les argiles de Brownsburg, une résistivité électrique supérieure à 3 Ωm indique qu’un lessivage important s’est produit et que les argiles sont suffisamment sensibles pour qu’un grand glissement de terrain s’y produise. C’est le cas de toute la section du dépôt d’argile étudié, à l’exception d’une petite portion au nord du ruisseau des Vases où le dépôt est plus épais, moins lessivé et dont la résistivité électrique est plus faible. / In Quebec, thick marine clay deposits were formed during the last glaciation. Following the leaching of salts in the pore water of these deposits, the clays can become sensitive. Such deposits of sensitive clay are prone to large landslides and constitute a threat for the population established in those areas and man-made infrastructure built on these deposits. Due to the variations in salinity of pore water in a clay deposit, the measurement of electrical resistivity appears as an appropriate near-surface geophysical method for the investigation of sensitive clays. To assess this potential of none destructive investigation, a geophysical and geotechnical campaign has been carried out in the Vases Creek Valley in Brownsburg, Quebec. In addition to a 1.6 km-long induced polarization survey, six cone penetration tests with pore pressure and electrical resistivity measurements, and five boreholes with soil sampling have been performed along this geophysical survey line. Geotechnical and chemical properties of clay samples and pore water extracted from these samples have also been measured. Significant variations in electrical resistivity, remoulded shear strength and salinity have been observed along the survey line. Difference as large as 20 Ωm between the methods has been noted. Empirical correlations have been established between electrical resistivity, salinity and remoulded shear strength. For electrical resistivity values lower than 3 Ωm in the Brownsburg clays, the salts leaching is enough to make the clay become sensitive and to increase the potential for large landslides. Except for a small section located north of the Vases Creek where the clay deposit is thicker and less leached than the other sections with electrical resistivity lower than 3 Ωm, the clay deposit investigated at Brownsburg is sensitive and prone to large landslides.

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.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2014

L'expérience récente montre que l'endommagement des fondations profondes sous des chargements statiques, cycliques ou dynamiques est une des causes majeures des dommages que peuvent subir les superstructures. La mise hors-service de la structure, son renversement ou son effondrement sont des effets couramment observés. Des méthodes ont été développées afin de mieux comprendre l'interaction sol-fondation-structure et ainsi contrer les effets futurs que peut engendrer un chargement latéral. Le comportement des fondations profondes sous un tel chargement est complexe et suscite grandement l'intérêt des géotechniciens. Au Québec, le phénomène est connu, Marche et Lacroix (1972) ayant présenté et analysé quelques problèmes d'instabilité. De plus, le Ministère des Transports du Québec (MTQ) utilise la méthode de Broms (1964) pour le dimensionnement de fondations profondes. Ce projet de maîtrise vise à approfondir la compréhension du phénomène d'instabilité des fondations profondes soumises à un chargement latéral statique ou cyclique. A notre connaissance, les méthodes utilisées pour le dimensionnement des pieux n'ont encore jamais été validées pour les sols post-glaciaires de l'est du Canada. L'objectif principal est donc de vérifier l'applicabilité des méthodes existantes pour les argiles sensibles du Québec par l'intermédiaire de courbes p-y obtenues expérimentalement. Pour ce faire, une revue de littérature est d'abord réalisée pour connaître l'état des connaissances sur la méthode p-y. Un programme expérimental a ensuite été développé afin de comprendre et fournir des résultats sur le comportement d'un pieu chargé latéralement. L'expérimentation a été réalisée à partir d'échantillons d'argile prélevés à Louiseville, sol réputé pour sa grande homogénéité. L'essai pot-test (Matlock, 1970) est un essai à échelle réduite qui permet la simulation d'un pieu soumis à des sollicitations statiques et cycliques. Les résultats obtenus en comportement statique fournissent les courbes p-y de l'argile étudiée. Une comparaison de ces résultats avec les méthodes théoriques existantes a ensuite été réalisée. La méthode de Matlock (1970) donne des résultats qui s'apparentent le mieux à ceux obtenus expérimentalement. Par la suite, l'analyse des résultats cycliques a permis de développer un critère de rupture, qui indique une déformation critique de l'argile sous sollicitations cycliques.

Chez deux sols (loam argileux ou sableux), on a comparé l'effet de la monoculture de soja et de la rotation soja-maïs (2-3 ans de maïs puis 1-2 ans de soja), ainsi que l'effet d'un compost urbain et de la fertilisation minérale, sur la survie et la germination carpogénique des sclérotes du Sclerotinia sclerotiorum et sur la sclérotiniose du soja. Au site argileux, la rotation de 3-ans-de-maïs a réduit (effet suppressif) la gravité de la maladie par un rendement accru du soja et par la diminution du couvert de dicotylédones, alors que le compost a augmenté la maladie. L'azote était négativement corrélé à la survie des sclérotes sous fertilisation minérale. Au site sableux, l'interaction 3-ans-de-maïs x compost a réduit la maladie. La teneur en argile a favorisé la germination carpogénique et la gravité de sclérotiniose, alors qu'une stabilité structurale accrue et l'activité microbiologique étaient négativement corrélées à la germination. Cette étude approfondit les interactions entre pratiques culturales, santé du sol et couvert végétal, et contribue à mieux expliquer leurs effets propres et communs sur la sclérotiniose.

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 phénomène des glissements de terrain superficiels est jusqu'à maintenant malcompris. Cependant, les pluies diluviennes du Saguenay en juillet 1996 qui déclenchèrent plus d'un millier de glissements de ce type-là et provoquèrent de lourds dégâts ont attiré l'attention sur ce phénomène. Le ministère des transports du Québec et le département de génie géologique de l'Université Laval ont déjà mené plusieurs études sur ce sujet. Afin d'améliorer les connaissances déjà acquises, cette étude a pour but de réaliser la caractérisation mécanique de la croûte argileuse de Maskinongé et de déterminer l'influence du degré de fissuration sur la résistance de cette argile. Pour cela un programme en laboratoire a été défini sur des échantillons provenant de ce site permettant de déterminer les différents paramètres d'états et d'observer le comportement de ce matériau dans une cellule soumis à différents états de contraintes. L'analyse des données acquises a permis de mettre en évidence un certain nombre de remarques concernant l'enveloppe de rupture de l'argile de Maskinongé selon qu'il soit dans un état intact ou fissuré. De plus, des essais de cisaillement à contrainte déviatorique constante ont permis d'observer l'influence du cheminement de contrainte sur l'enveloppe de rupture.