Des travaux de recherche effectuées sur le traitement des sédiments valorisés ont été entrepris depuis une dizaine d'années et ont fait l'objet de plusieurs publications comme relaté dans l'étude bibliographique présentée dans ce rapport. L'essentiel a porté sur la caractérisation physique, puis mécanique en fonction des dosages en ciments et additifs. Ainsi, les travaux de recherche entrepris dans cette thèse entre dans le cadre de la poursuite des recherches dans ce domaine. Elle définie les modalités d'étude, ayant pour objet la valorisation des sédiments de dragage du Port En Bessin en vue d'obtention d'un matériau final utilisable en techniques routières. Ainsi la première phase de l'étude consiste en une caractérisation des boues aussi bien dans leur composition que dans leur comportement aux contraintes mécaniques. Les caractéristiques mécaniques sont aussi étudiées dans la partie formulation. Une planche expérimentale en techniques routières a permis l'étude en conditions réelles d'utilisation du matériau. Des analyses sont réalisées pour étudier le relargage de certains polluants (métaux lourds, HAP...) et comparent les résultats avec les prévisions réalisées à partir des essais de lixiviation. D'autres paramètres concernant le comportement géotechnique du matériau ont été vérifiés et comparés aux prévisions attendues pour voir si l'ensemble des résultats obtenus ne montre pas de dérive par rapport aux prévisions. Le matériau peut être ainsi mis en oeuvre dans une troisième phase pour la réalisation finalement d'une plate forme routière sur site réel.

L'érosion côtière affecte actuellement plus de 50% des côtes de l'estuaire et du golfe du Saint-Laurent. Dans ce contexte, il est important de comprendre le transfert sédimentaire vers le milieu marin puisque les sédiments sont exportés du système littoral et contribuent ainsi à la perte de sédiments sur la côte. L'objet de cette étude est donc de caractériser le transfert sédimentaire le long de la baie de la Boule vers le milieu marin via un système chenal-levée au large de la Pointe-aux-Basques (Sept-îles, Côte-Nord) afin de déterminer si ce système contribue présentement à transférer des sédiments côtiers erodes vers le large. Pour atteindre cet objectif, des données bathymétriques à haute résolution, de sonar à balayage latéral, de profileur acoustique de sous-surface, de magnétomètre marin et LiDAR ont été acquises dans la région de Sept-îles. De plus, huit carottes boîtes ont été prélevées de la colonne sédimentaire à même le système chenal-levée afin d'analyser les propriétés physiques et chimiques des sédiments ainsi que le profil de décroissance radioactive du 210Pb. Les résultats de cette étude confirment que la région est affectée par une dynamique sédimentaire côtière très active, où plus de 400 000 m3 de sédiments ont été transportés sur la côte entre 2006 et 2008. En milieu marin peu profond, les données granulométriques démontrent qu'un système de dunes prograde vers l'ouest. Ces dunes permettent de transférer les sédiments vers la Pointe-aux-Basques où le rétrécissement du plateau côtier engendre le débordement des sédiments et la formation de courants gravitaires. Ces courants gravitaires sont à l'origine du système chenal-levée et sont visibles sous la forme d'événements ponctuels dans les carottes de sédiments. Les données de sous-surface suggèrent également l'activité récente du système par la morphologie et la stratigraphie des chenaux. De plus, les analyses au 210Pb confirment que le système est présentement actif et affecté par des événements de sédimentation rapides et ponctuels. Les données provenant du magnétomètre marin et de la susceptibilité magnétique des carottes suggèrent quant à elles que les sédiments proviennent bel et bien du littoral, contribuant ainsi dans une certaine mesure, à une perte de sédiments sur la côte.

Cette thèse présente une étude du système érosion-transport-sédimentation en milieu de thermokarst dans un contexte de réchauffement climatique. La zone d’étude comprend le bassin versant de la rivière Sheldrake, 5 km au nord du village Umiujaq au Nunavik, ainsi qu’une zone de 15 km2 au large de son embouchure, dans le Passage de Nastapoka, en baie d’Hudson. Trois axes majeurs sont considérés: 1- l’étude des conditions de pergélisol et l’estimation quantitative des masses et volumes de sédiments et de carbone érodés à l’échelle du bassin versant ; 2- la mesure du régime hydrologique et sédimentaire du principal vecteur de transport, la rivière Sheldrake ; 3- la bathymétrie, la sédimentologie et la mesure des apports sédimentaires et organiques dans le milieu marin côtier au large de l’embouchure de la rivière. Dans le bassin versant de la rivière Sheldrake, le pergélisol s’est considérablement dégradé au cours des 50 dernières années, particulièrement dans la toundra forestière. La subsidence des lithalses, des palses, des plateaux de pergélisol et des plateaux palsiques engendre la formation de mares de thermokarst. De nombreux glissements de terrain et des ravins d’érosion sont également actifs et favorisent le rejet de sédiments dans le réseau fluvial. Avec la dégradation du pergélisol, la connectivité hydrologique augmente, ce qui facilite l’évacuation des sédiments et du carbone via le cours d’eau principal. Dans cet environnement thermokarstique, la charge sédimentaire fluviale en suspension est plus importante en été alors que les températures élevées de l’air commandent le dégel des sols, favorisant l’activation des ostioles et le déclenchement des glissements de terrain. Les pluies estivales permettent le transport et l’évacuation des sédiments en baie d’Hudson. Parvenus en mer, les sédiments et le carbone transportés en suspension subissent une forte dispersion à cause de l’intensité des courants marins du Passage de Nastapoka. Il en résulte l’absence d’une augmentation mesurable du taux de sédimentation. En revanche, la composition isotopique du carbone sédimentaire montre que la fraction terrigène a augmenté depuis le Petit Âge Glaciaire et que ce phénomène s’est considérablement accéléré vers la fin du 20ème siècle. Il est suggéré que la dégradation du pergélisol contribue à cette augmentation, quoique ce ne soit pas le seul facteur qu’on puisse invoquer. / This thesis studies the system erosion-transport-sedimentation in a thermokastic area, in a context of warming climate. The study area encompasses the catchment of the Sheldrake River, 5 km north of the village Umiujaq, Nunavik, and a 15 km2 area off its mouth, in the Nastapoka Sound, in Hudson Bay. Three main axes are considered: 1- study of permafrost conditions and quantitative estimate of the volumes and masses of eroded sediment and organic carbon at the scale of the catchment; 2- measurements of the hydrological and sedimentary regime of the main vector of transport, the Sheldrake River; 3- bathymetry, sedimentology and measurements of mineral and organic inputs in the coastal marine environment, off the river mouth. In the Sheldrake River catchment, permafrost has considerably degraded during the last 50 years, particularly in the forested tundra. Subsidence of lithalsas, palsas, permafrost plateaus and peat plateaus leads to the formation of thermokarst ponds. Many landslides and erosion gullies are also active and favor inputs of sediments in the fluvial network. Because of permafrost decay, hydrological connectivity increases, facilitating evacuation of sediment and carbon through the river. In this thermokarstic environment, the fluvial sedimentary load in suspension is more important during summer when high air temperatures provoke soils thawing, favoring frostboils activation and triggering of landslides. Summer rainfalls allow sediment transport and evacuation in Hudson Bay. Once in the sea, the sediments and carbon in suspension are dispersed because of the intensity of the marine currents in the Nastapoka Sounds. This results in an absence of a measurable increase of sedimentation rates. However, the isotopic composition of sedimentary carbon shows that the terrestrial fraction has increased since the Little Ice Age and that this trend has significantly accelerated since the end of the 20th century. It is suggested that permafrost decay contributes to this increase, although it is not the only proposed source.

Detailed information about the oceanic environment is essential for many applications in the field of marine geology, marine biology, coastal engineering, and marine operations. Especially, knowledge of the properties of the sediment body is often required. Acoustic remote sensing techniques have become highly attractive for classifying the sea bottom and for mapping the sediment properties, due to their high coverage capabilities and low costs compared to common sampling methods. In the last decades, a number of different acoustic devices and related techniques for analyzing their signals have evolved. Each sensor has its specific application due to limitations in the frequency range and resolution. In practice, often a single acoustic tool is chosen based on the current application, supported by other non-acoustic data where required. However, different acoustic remote sensing techniques can supplement each other, as shown in this thesis. Even more, a combination of complementary approaches can contribute to the proper understanding of sound propagation, which is essential when using sound for environmental classification purposes. This includes the knowledge of the relation between acoustics and sediment properties, the focus of this thesis. Providing a detailed three dimensional picture of the sea bottom sediments that allows for gaining maximum insight into this relation is aimed at.<p><p><p>Chapters 4 and 5 are adapted from published work, with permission:<p>DOI:10.1121/1.3569718 (link: http://asadl.org/jasa/resource/1/jasman/v129/i5/p2878_s1) and<p>DOI:10.1109/JOE.2010.2066711 (link: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?tp=&arnumber=5618582&queryText%3Dsiemes)<p>In reference to IEEE copyrighted material which is used with permission in this thesis, the IEEE does not endorse any of the Université libre de Bruxelles' products or services.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished