Les sols argileux gonflants sont une réelle problématique au monde. Ils sont particulièrement menaçants dans les régions à climat semi-aride dont le Tchad. La variation de la teneur en eau dans le sol due à l’alternance saison sèche/saison de pluie met le sol argileux potentiellement gonflant dans une instabilité volumétrique. La conséquence est souvent des fissures sévères sur les bâtiments, routes, barrages … Des échantillons d’argiles prélevés à N’Djaména au Tchad ont été testés au laboratoire. Les essais réalisés sont la diffractométrie de rayon X, les limites d’Atterberg, la sédimentométrie, la densité relative, et l’oedométre. La conclusion majeure que l’on peut tirer de ces essais est que les argiles de N’Djaména ont un potentiel de gonflement moyen ou élevé. Le logiciel d’élément finis Abaqus a été utilisé pour simuler le comportement volumétrique des argiles de N’Djaména. Les résultats du modèle d’Abaqus et celui des essais oedométriques concordent bien. / Expansive clay soils represent a problematic reality in our world. They threaten specifically semiarid climatic regions, including that of Chad. The variation of water content in the soil, due to the alternating dry / rainy seasons, produces potentially swelling clays with volumetric instabilities. The consequences resulting from this swelling are severe cracks in buildings, roads, dams... Clay samples collected at the N'Djamena test site in Chad have been tested in the laboratory. The tests that were conducted are: X-ray diffraction, Atterberg limits, sedimentation analysis, relative density measurements and the classical oedometer tests. The major conclusion that can be drawn from this study is that the N'Djamenas’ clays are classified as potentially medium to high swelling clays. The ABAQUS finite element software was used to simulate and corroborate the volumetric behavior of N’Djamena clays. A comparison of the simulation results with results obtained from oedometer tests indicates an excellent conformity.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / La sédimentation des particules contenues dans les eaux de ruissellement est reconnue comme étant le phénomène le plus important pour l'amélioration de la qualité de l'eau en bassin de rétention avant son rejet au milieu récepteur. Ce projet de maîtrise vise à apporter des éléments clés dans sa compréhension. L'objectif est de mettre en place un protocole de mesure de vitesses de chute adapté aux besoins du projet. La combinaison de ces vitesses à l'évaluation de la distribution de la taille des particules fournira des informations sur l'influence des temps de rétention en bassin autant du point de vue qualité de l'eau que sur le gain en termes de décantation physique des particules. L'objectif est donc d'obtenir des résultats décrivant les vitesses de chute des particules contenues dans les eaux de ruissellement et les diamètres de ces particules. Un protocole devra aussi être élaboré afin de mesurer cette dernière caractéristique. D'un point de vue gestion du bassin, il y a aussi un objectif visant à mettre en lumière l'existence ou non de relations entre le type d'événement pluvieux et les vitesses de chute enregistrées. À l'été 2008 et 2009, des campagnes de mesures ont été menées afin de récolter des données sur la qualité des eaux de ruissellement dans une zone résidentielle typique de Québec et des eaux à l'intérieur du bassin. L'évaluation des différents protocoles existants permettant de mesurer la vitesse de sédimentation a mené à l'emploi du protocole ViCAs élaboré à Lyon en France. Les résultats obtenus à partir du ViCAs ont permis de fractionner sous différentes classes de vitesse de chute les échantillons composites récupérés à l'entrée et à la sortie du bassin de rétention étudié. Les proportions de chaque classe varient grandement d'un événement à l'autre. Leur mise en relation avec les caractéristiques des événements pluvieux ayant généré ces eaux de ruissellement a permis de conclure que les vitesses de chute sont proportionnelles à l'intensité de pluie maximale, à la hauteur de précipitation et au volume ruisselé. La durée de l'événement a aussi un effet notable, mais non linéaire. Les essais sur le terrain combinés à ceux du laboratoire permettent de croire qu'une période de décantation de deux jours et demi entraîne l'enlèvement maximal atteignable des matières en suspension. Par contre, la comparaison des mesures de distribution de taille de particules, effectuées sur les échantillons composites des eaux de ruissellement, avec les distributions de vitesses de chute n'a pu mener à des conclusions. Il ne semble pas possible de faire un lien direct entre ces deux variables.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Ce projet de recherche a été entrepris afin de caractériser la présence spatio-temporelle de plusieurs jV-nitrosamines dans l'eau de sept réseaux de distribution d'eau potable québécois considérés comme vulnérables à la présence de ces sous-produits de la désinfection (SPD) émergents. Il s'agit de la première étude sur la présence de N-nitrosamines dans des réseaux d'eau potable au Québec. Six campagnes d'échantillonnage ont été menées à plusieurs points de prélèvement dans chacun des réseaux pendant une année. Les résultats démontrent que les N-nitrosamines, principalement la N-nitrosodiméthylamine (NDMA), sont peu présentes dans l'eau potable des réseaux étudiés. Les concentrations détectées sont largement inférieures à celles observées dans les études nord-américaines récentes. Aucun des 195 échantillons prélevés n'a excédé la norme ontarienne de 9 ng/L pour la NDMA (valeur maximale observée de 3,3 ng/L). La N-nitrosométhyléthylamine (NMEA) et la N-nitrosopipéridine (NPip) ont été détectées une seule fois, avec des concentrations de 3,7 ng/L et 6 ng/L, respectivement. À notre connaissance, la NMEA n'avait jamais été détectée dans des réseaux d'eau potable jusqu'à maintenant. La chloramination a été identifiée comme le principal facteur de vulnérabilité à la présence de N-nitrosamines, mais la qualité de l'eau et certains paramètres opérationnels semblent également liés à leur présence. Les concentrations de NDMA en fin de réseau sont généralement supérieures à celles observées à la sortie de l'usine. Aucune saison n'a semblé plus propice à la formation de N-nitrosamines. Finalement, une certaine corrélation entre la présence de N-nitrosamines et les niveaux de trihalométhanes (THM) et d'acides haloacétiques (AHA) a été observée dans des réseaux spécifiques.

Les tills compactés sont largement utilisés comme noyau des barrages en remblai dans le Nord québécois. La mise en place en différentes couches successives laisse présager un rapport d’anisotropie (rK) de la perméabilité différent de l’unité. Différents montages expérimentaux sont disponibles dans la littérature pour évaluer l’anisotropie de la conductivité hydraulique sur plusieurs types de sols. Toutefois, ces méthodes présentent deux principaux désavantages : i) le rapport d’anisotropie est évalué sur deux échantillons distincts et ii) la procédure expérimentale peut potentiellement remanier l’échantillon par des manipulations hasardeuses. Dans l’objectif d’améliorer la caractérisation du rapport d’anisotropie des tills compactés, un nouveau perméamètre cubique a été conçu. Cette nouvelle cellule permet de quantifier le paramètre rK dans le domaine saturé ou quasi-saturé, et ce sans démanteler la cellule. Successivement, une percolation verticale et une horizontale sont effectuées sur un même échantillon. Une procédure spéciale a été développée afin de limiter l’écoulement dans les pierres poreuses inactives, i.e. parallèles à l’écoulement. Une solution de gélatine bovine qui est solide à une température inférieure à 30°C est utilisée afin de sceller ces pierres inactives. De l’eau chaude à 60°C permet de chasser cette gélatine sans démanteler la cellule. Un nouvel essai de perméabilité peut ainsi être effectué sur le même échantillon, mais selon une autre direction. Le nouveau perméamètre et la procédure ont permis d’évaluer l’effet de la mise en place et de la teneur en pierre sur rK. Pour une analyse dans le domaine quasi-saturé, le rapport d’anisotropie varie de 3 à 7 pour une mise en place du côté sec de la courbe Proctor. Pour le côté humide, le rapport d’anisotropie est près de l’unité. Cependant, la procédure développée pour des conditions saturées devrait être utilisée pour confirmer ces résultats. En conclusion, un outil intéressant a été conçu pour quantifier le rapport d’anisotropie des tills compactés, une problématique importante pour l’analyse des barrages en remblai. Mots clés: perméabilité, anisotropie, perméamètre cubique, tills compactés, barrage en remblai / Compacted tills are widely use as core of embankment dams in northern Quebec. It is expected that placement method in successive layers may result in a permeability anisotropy different from unity. Various experimental techniques are available to assess the permeability anisotropy for different types of materials. However, these methods have two principal disadvantages: i) the anisotropy rapport is evaluated on separate samples and ii) the experimental procedure could potentially disturb the sample by inappropriate manipulations. In order to improve the characterization of the anisotropy rapport of compacted tills, a new square cell was built. This new cell is able to quantify the anisotropy rapport in both states, saturated and almost saturated conditions. The permeability under vertical and horizontal flow is assessed on a single sample and a new experimental procedure has been developed to minimize preferential seepage paths along the porous stones. Injection of bovine gelatin is used to temporarily seal the porous stones perpendicular to the flow path (unused). Continuous hot water flow is used to extract the gelatin once the permeability testing is done. This new device and procedure have been successfully tested to evaluate the effect of placing method and stone content on the permeability anisotropy of compacted tills. For an analysis in quasi-saturated state, the anisotropy rapport is greater than 3 or 7 for a dry compaction. On the wet side, the anisotropy rapport is close to one. However, the procedure developed in the saturated condition should be used to confirm these results. In conclusion, this project has helped to build a useful tool to quantify the anisotropy rapport of tills, an important issue in the evaluation of embankment dams. Key words: permeability, anisotropy, square permeability cell, compacted tills, embankment dam.

Le mémoire traite de l'utilisation des bétons à retrait compensé pour des réparations minces de structures de béton. Ces réparations sont sujettes au retrait de séchage qui provoque généralement la fissure de la couche de réparation et diminue leur durée de vie. Les bétons à retrait compensé sont fabriqués avec du ciment expansif type K (BRC-K) et avec du ciment ordinaire additionné d'un agent expansif à base de chaux (BRC-C). L'étude porte également sur l'influence de l'ajout de fumée de silice aux mélanges sur la réaction d'expansion et le comportement général du béton. La première partie du travail est vouée à l'analyse de la réaction d'expansion du BRC-C en fonction du dosage en agent expansif, du type et de la durée de mûrissement humide, ainsi que de la surface de béton exposée au mûrissement et au séchage par rapport au volume des éprouvettes. À l'aide de ces résultats, il est possible de déterminer les conditions d'essais qui seront utilisées dans l'étude comparative faite avec le BRC-K. La réaction d'expansion du ciment type K est bien documentée dans la littérature, les essais préliminaires ont servi à valider les valeurs déjà obtenues dans d'autres études. De façon générale, les BRC permettent de compenser le retrait de séchage lorsque le mûrissement humide est fait en immersion dans l'eau durant une période de 7 jours. Cette condition a donc été retenue pour la deuxième partie de ce travail. La seconde partie de la recherche comporte une série de nombreux essais visant à mesurer l'expansion et le retrait libre des mélanges de BRC et à étudier le comportement d'une couche de réparation sur un support de béton mûri et volumétriquement stable. Les essais sur des éprouvettes composites ont permis de calculer et mesurer l'effet de précontrainte procuré par l'expansion du BRC restreinte par un support. De plus, la qualité et la durabilité de l'adhérence, de même que la fissuration suite au séchage d'une couche de réparation ont été mesurées sur des dalles de béton mûri et stable. Ces essais ont montré que les BRC ont un meilleur comportement qu'un béton ordinaire lorsqu'ils sont utilisés pour une réparation mince. Aussi, les résultats obtenus montrent que la précontrainte de compression générée par l'expansion restreinte de la couche de réparation peut contribuer à diminuer les contraintes de tension induites par le retrait de séchage. Enfin, la dernière partie vise l'étude de la durabilité des BRC face aux cycles de gel et de dégel en présence de chlorures. Ainsi, les différents mélanges de BRC ont été soumis aux essais de gel-dégel et d'écaillage. Afin de mieux en analyser les résultats, ces essais sont couplés à une caractérisation du réseau de bulles d'air dans la pâte de ces bétons. Les résultats montrent que les BRC ont sensiblement le même comportement que le béton ordinaire face au gel-dégel et à l'écaillage. En conclusion, suite à cette étude, l'utilisation des BRC dans le domaine des réparations minces en béton semble possible et mérite d'être analysée plus en profondeur afin d'éventuellement les inclure comme matériau reconnu à la disposition des concepteurs de réparations.

La gélivité des sols d'infrastructure de deux sites routiers (Cap-santé et St-David) à été étudiée. Des potentiels de ségrégation (SP) des sols d'infrastructure ont été déterminés en laboratoire sur des échantillons intacts et reconstitués provenant des deux sites routiers et directement sur le terrain avec une instrumentation appropriée. Cette étude confirme que les SP sont plus faibles dans la croûte que dans le sol n'ayant jamais gelé et que les SP augmentent avec la teneur en eau. Le SP évalué à partir d'échantillons intacts en laboratoire est une bonne estimation de celui déterminé directement sur la chaussée avec une instrumentation appropriée. Par conséquent, l'utilisation des SP établis en laboratoire sur des échantillons intacts devraient donner une bonne estimation du soulèvement au gel de la chaussée. Cependant, il faut tenir compte des conditions particulières du terrain (stratigraphie, variation du pourcentage d'argile, nappe phréatique, degré de saturation, etc.). Il y a une différence entre les SP évalués sur des échantillons intacts et reconstitués ainsi que dans le mécanisme de formation des lentilles de glace lors du gel. La différence entre les SP dépend du type de sol. Cette différence est plus grande pour les sols se retrouvant dans une croûte argileuse et pour les argiles ayant un indice de liquidité élevé. Dans un tel cas, des essais sur échantillons intacts sont recommandés. Finalement, il a été montré que la relation empirique de Konrad (1999) est plus précise pour estimer les SP de sols argileux reconstitués que celle de Konrad (2005) mais, cette dernière est mieux adaptée pour les sols fins avec peu de minéraux argileux.

La présente étude se penche sur la conception et les essais d'un capteur de contraintes pour de la glace. A l'heure actuelle, un grand nombre de capteurs de ce type existent, mais leur conception ne les rend pas amovibles et ne permet pas à l'utilisateur de les déplacer pour effectuer des mesures à un autre endroit. Celui-ci doit donc se contenter de mesures de contraintes en quelques endroits d'un couvert de glace, et n'a pas accès aux mesures sur l'ensemble du couvert. Ce projet a donc pour but de concevoir un nouveau capteur amovible et dont la durée d'une mesure serait raccourcie. Pour cela, un concept de capteur issu des techniques employées pour des forages a été adapté. Le propos de ce mémoire est de construire une première version sur ce capteur, dont les essais et les connaissances acquises permettraient de réaliser une deuxième version éventuellement exploitable sur le terrain. Après une recherche bibliographique permettant de comprendre les défauts des capteurs actuels et de connaître les propriétés mécaniques de la glace, la phase de conception du capteur est expliquée, ainsi que les choix retenus pour le fabriquer. La phase d'expérimentation est ensuite décrite, avec une partie consacrée à l'étalonnage, puis à la conception du système d'essai. Enfin, les résultats des essais sont présentés, avec leur analyse et des recommandations.

Actuellement au Québec il n'existe pas de méthode de dimensionnement pour les chaussées revêtues de pavés de béton. Pourtant, l'utilisation de pavés de béton comme revêtement de chaussées apporte des avantages certains tant sur le plan esthétique que sur plan climatique en contexte municipal et nordique. En effet, ils permettent de structurer l'espace urbain et peuvent être mis en place à de faibles températures, permettant ainsi d'augmenter la période de construction durant l'année. Du point de vue structural, sous l'effet du trafic, le transfert de charges d'un pavé à l'autre et vers les couches inférieures de la chaussée permet à ce type de structures de se comporter comme une chaussée souple, ce qui rend possible leur installation dans des zones fortement sollicitées. Lors d'une première étape de ce projet, 18 sites répartis dans les villes de Montréal, Québec et Longueuil ont été étudiés et ont permis de montrer que l'orniérage était la principale dégradation pour ce type de chaussées en contexte municipal et nordique. Les méthodes traditionnelles de dimensionnement des chaussées souples ne sont pas adaptées aux chaussées revêtues de pavés de béton puisque plusieurs des hypothèses généralement posées pour ces méthodes ne sont pas valides pour ces structures : les couches doivent être homogènes et isotropes, les modules doivent être décroissants d'une couche à l'autre du haut de la structure vers le bas. Enfin, les méthodes de dimensionnement traditionnelles consistent à vérifier entre autre que la traction à la base du revêtement ne dépasse pas une valeur critique. Cependant, la présence du sable du lit de pose sous les pavés ne permet pas d'utiliser ce critère. En conséquence, il apparaît important de déterminer les caractéristiques d'une couche unique, homogène et isotrope qui permet de reproduire adéquatement le comportement du revêtement de pavés de béton. L'orniérage étant la principale dégradation pour ce type de chaussées, une méthodologie de dimensionnement peut alors être développée en déterminant l'accumulation de la déformation permanente dans la chaussée sous l'effet du trafic, en incluant les variations de caractéristiques que subit la chaussée suivant la période de l'année.

Un outil informatique, appelé « Laval Reliability Toolbox 2 » (LRT2), a été développé afin d’évaluer, en fonction du temps, l’évolution de l’indice de fiabilité d’un pont en béton armé selon divers paramètres d’utilisation et d’endommagement. L’outil présenté innove en considérant la fiabilité des états limites ultimes de flexion et de cisaillement des poutres ainsi que le poinçonnement de la dalle. Les différents éléments structuraux forment un système utilisé pour représenter le mode de défaillance du pont. Un modèle d’endommagement permet de simuler l’évolution dans le temps des propriétés d’une structure soumise à la corrosion causée par l’application de sels déglaçants : la corrosion cause une diminution du diamètre des barres d’armatures touchées et la délamination du béton d’enrobage. L’outil développé a été utilisé pour comparer la fiabilité de ponts à simple travée ayant deux, trois, cinq et six poutres soumis à différents scénarios d’endommagement. Il est aussi démontré qu’il est pertinent d’étudier les poutres dans leur ensemble puisque la fiabilité des différents états limites varie le long de celles-ci. Il est démontré que le fait d’ignorer les corrélations entre les éléments structuraux surestime la fiabilité de structures peu redondantes, modélisées par des systèmes en série, et sous-estime la fiabilité de structures redondantes, modélisées par des systèmes mixtes. L’étude des scénarios d’endommagement met en évidence l’existence de sections et de modes de rupture qui, si endommagés, influencent grandement la fiabilité de la poutre. Enfin, des cycles de performance peuvent être définis afin de déterminer la durée de vie d’un pont, c’est-à-dire de déterminer le moment où il atteindra son indice de fiabilité cible et de déterminer les moments où certains endommagements surviendront. Cette méthodologie pourrait, à terme, constituer une aide à la gestion des structures visant à faciliter le choix des interventions prioritaires. / A computer program, named « Laval Reliability Toolbox 2 » (LRT2), was developed in order to evaluate a time-variant reliability index for a reinforced concrete bridge while considering various usage and damage parameters. This tool pioneers by considering the reliability of three ultimate limit states: flexure and shear for beams and punching shear for the slab. In order to represent the failure mode of the bridge, system reliability analysis is used to model the structure as a system. A damage model predicts in time the properties of a structure undergoing corrosion caused by the application of de-icing salts: corrosion causes a reduction of the rebar’s diameter and spalling of the concrete cover. This computer tool was used to compare the reliability of bridges with two, three, five and six girders undergoing different damaging scenarios. Results show the importance of considering a spatial-variant reliability index for a girder. It is also shown that ignoring possible correlation among structural elements overestimates the reliability of low-redundant structures, modelled as series systems, and underestimates the reliability of high-redundant structures, modelled as complex systems. The study of homogeneous and non-homogeneous damaging scenarios shows the existence of corrosion-sensitive sections and failure modes that, if damaged, affect significantly the reliability of the bridge. Lastly, performance cycles were defined in order to evaluate the life service of a bridge, which is to estimate the time when the bridge will get below its target reliability index and to estimate when certain damages will occur. This type of methodology enables the prediction of a structure’s lifetime performance; it could facilitate the management of structures operations by making possible the comparison of multiple bridges performance.

Le projet de modélisation du fonctionnement hydrique d'une forêt amazonienne brésilienne est d'une importance capitale pour les études globales du climat. C'est un sujet d'actualité très sensible en raison de la fragilité de la forêt amazonienne ainsi que des modifications encore mal connues qu'elle pourrait subir suite aux fluctuations climatiques globales: élévation de la température, augmentation atmosphérique de la teneur en CO2, variations des précipitations suite à une modification de la circulation générale. Du point de vue scientifique, le projet proposé est le développement d'un modèle hydrodynamique qui tiendra compte des spécificités des sols amazoniens. Le modèle développé servira à la prédiction du comportement de la forêt sous différentes conditions climatiques et selon différents types de sols dans des travaux futurs. Il s'agit d'une innovation puisque les résultats de la recherche permettraient désormais de tenir compte de nouveaux paramètres (spécificités des sols amazoniens, fonction d'évapotranspiration adaptée à la forêt amazonienne brésilienne) dans les modèles météorologiques globaux. Il en résultera également une meilleure compréhension de l'interaction entre l'évolution des forêts et les fluctuations climatiques.