L'érosion de contact est un processus d'érosion interne pouvant être retrouvé dans les barrages en remblai et les digues qui peut mener à la rupture de l'ouvrage. Elle se définit comme le détachement et l'entraînement au travers d'un sol grossier de particules d'un sol fin, sous l'effet d'une sollicitation hydraulique parallèle à l'interface entre les deux matériaux. Cette étude vise à comprendre et à identifier les processus contrôlant l'érosion de contact avec un sol fin étalé (till de Romaine 3) lorsque combiné à différents matériaux grossiers. Pour étudier le processus d'érosion, un dispositif expérimental original a été développé. De plus, dans le but de bien comprendre les processus en jeu avec le sol fin étalé, des essais ont également été effectués avec des sols uniformes afin de servir de comparatif. Il s'avère que l'étalement granulométrique du sol fin a un impact important sur l'initiation et la progression de l'érosion de contact alors que différents mécanismes comme le pavage et le colmatage peuvent se développer et limiter l'érosion, ou même l'arrêter. En se basant les résultats expérimentaux de la présente étude ainsi que ceux recensés dans la littérature, un modèle d'évaluation du seuil de l'érosion est proposé. De plus, une approche expérimentale est proposée afin de faciliter l'étude de l'érosion de contact des sols fins pulvérulents à granulométrie étalée. Finalement, une conceptualisation de l'évolution de l'érosion de contact en fonction de la dimension des particules du sol fin et du sol grossier ainsi que de la sollicitation hydraulique est proposée. Avec cette dernière, la susceptibilité du till de Romaine 3 à l'érosion de contact est définie. / Contact erosion is an internal erosion process that can be found in embankment dams and dikes which can lead to failure. It is defined as the pullout and dragging of fines from a base material through an adjacent coarser material under seepage parallel to the interface. This study intends to understand and to identify the mechanisms that control contact erosion with a well-graded base soil (Romaine 3 till) combined with different filter materials. To study the erosion process, a new experimental setup has been developed. Also, in order to properly assess the mechanisms involved with a well-graded base soil, comparative tests have also been performed with poorly-graded base soils. It was found that the grading of the base material as an important impact on the initiation and progression of contact erosion as different mechanisms such as paving and clogging can develop to limit or even stop the erosion. With the experimental results of this study as well as those found in the literature, a model for contact erosion threshold evaluation is proposed. Additionally, an experimental approach is proposed in order to simplify the study of contact erosion for well-graded base soils. Finally, a conceptualization of the erosion process (initiation and evolution) depending on the grain size of both filter and base soils and on the hydraulic solicitation is proposed. The Romaine 3 till susceptibility to contact erosion is assessed with latter conceptualization.

Au sud de Montréal (Québec, Canada), une zone de plus de 12 000 hectares de sol organique est réputée pour sa production maraichère. D’anciens dépôts de végétation forment ce sol se distinguant des sols minéraux typiques, avec des propriétés favorables à cette culture induite par le taux élevé de matière organique. Toutefois, plusieurs mécanismes causent leur dégradation. De plus, différentes propriétés physiques ou hydrauliques se détériorent avec l’évolution du sol, causant également des problèmes de drainage. Ainsi, des mesures de conservation nécessitent d’être mises en place afin d’assurer la pérennité de ces terres agricoles. Parmi les approches envisagées, l’incorporation de biomasse végétale broyée permettrait d’apporter de la matière organique, mais également d’améliorer la qualité physique du sol. Pour valider cette méthode, différentes doses de biomasse végétale d’espèces ligneuses et de graminées ont été incorporées à des échantillons de sol et incubées pendant 12 mois. Des mesures ponctuelles de diverses propriétés physiques et des comportements hydrauliques ont permis d’évaluer l’amplitude et la durée de l’effet des biomasses selon la dose appliquée. Le suivi de la hauteur des échantillons a permis de noter un gain jusqu’à 73 mm de sol organique après l’incorporation d’une forte dose de biomasse, comparativement au témoin. La modélisation de la courbe de rétention a permis d’établir des relations marquées de l’augmentation de la teneur en air de 23,8% à 37,8% selon le dosage durant l’incubation pour le sol de surface, mais sans changements notables en profondeur. Trois indicateurs de performance ont été utilisés pour évaluer le comportement du drainage, qui s’est avéré rapide dans les conditions du dispositif expérimental. Le drainage a ralenti selon la dose de biomasse, mais le sol s’aérait plus rapidement en surface. Les biomasses des espèces ligneuses ont eu une plus grande influence sur les différentes propriétés des sols étudiés que les graminées. / South of Montreal (Québec, Canada), an area of 12 000 hectares is well known for its vegetable production. Accumulated vegetation led an organic soil with advantageous properties for vegetable production when compared to typical mineral soils. However, several degradation processes are affecting soil properties and a too low level (under 40 cm) of the organic layer thickness may be reached within in the next decades if conservation practices are not implemented. Physical and hydraulic properties have shown signs of deterioration leading to drainage problems. Thus, soil conservation strategies need to be developed to ensure the sustainable use of these agricultural land. Incorporation of plant biomass could compensate for losses of organic matter and could also improve the soil physical properties. To validate this mitigation practice, different vegetal biomass rates from woody and grass species were incorporated into undisturbed organic soil cores before an incubation period of 12 months. Discrete measurements allowed for the evaluation of the amplitude and persistency of the biomass effect on various physical and hydraulic properties. After an application of biomass at high rate (20% v/v), the final soil height within the cores increased up to 73 mm when compared to control cores. The modelling of the soil water retention curves led to linear relations between biomass application rates and air content. The latter increasing from 23,8% to 37,8% in the surface soil layer throughout the incubation period, but had only a minor effects on deeper soil layers. Three indicators of performance were chosen to evaluate the drainage behavior, which appeared to be fast under the experimental conditions. Drainage was slowed down with increasing biomass application rate, but surface aeration improved on the other end. In general, wood type biomass had a greater influence than the grass type biomass on the studied variables.

Les sols organiques cultivés des basses-terres du Saint-Laurent sont parmi les sols maraîchers les plus productifs de la province et fournissent les aliments de base d'une grande partie de la population québécoise et du nord-est des États-Unis. Par leur mise en culture, ces sols sont exposés à différents processus de dégradation et de perte de hauteur de sol. Par conséquent, un important plan de conservation vise les sols dégradés et ceux à risque. Ce mémoire a pour objectifs de faire un bilan des propriétés physiques, chimiques et pédologiques de cinq tourbières de la région en plus de définir et de former des groupes de gestion des sols à des fins de conservation. L'hypothèse de départ supposait l'existence de groupes de sols liés à la qualité agronomique ou au grand groupe pédologique de 120 sites échantillonnés en 2019. Au terme de l'étude, une MANOVA a permis de conclure que la profondeur cultivable était une propriété clé pouvant classifier les sites en fonction de leur dégradation. Les sols ayant une profondeur cultivable de moins de 60 cm montraient des comportements significativement différents, résultats supportés par 17 propriétés discriminantes entre les groupes. Un second seuil pratique de 100 cm, celui-ci étant relié au drainage, a aussi été retenu. Ensuite, un second volet axé sur la cartographie numérique a permis de générer des cartes prédictives à l'échelle régionale de la profondeur au sol minéral, de l'épaisseur de la couche de coprogène et de la profondeur de sol cultivable en combinant les deux premières. Les données cumulées permettront de suivre l'évolution des sols dans le temps, alors que les cartes serviront d'outils complémentaires d'aide à la décision afin de cibler des zones d'intervention prioritaires pour conserver les ressources en sol de la région. / Organic soils converted to agricultural fields in the southwest plain of Montreal are amongst the most productive soils for horticulture in Quebec, not only supplying food for the province but also to the north-eastern part of the United-States. After their initial drainage to allow agriculture, Organic soils are susceptible to many forms of degradation and soil loss. Therefore, an important soil conservation plan is targeting degraded soils and soil at risk. The objectives of this master's thesis are to characterize soil physical, chemical and pedological properties of five peatlands in addition to forming soil conservation management groups. The initial hypothesis supposed the existence of latent groups related to soil quality or pedological Great Groups of 120 sampling sites visited in 2019. As a result of that work, a MANOVA lead to the conclusion that the peat maximum thickness of cultivation is a key property that is related to soil degradation. Soils with a peat maximum thickness of cultivation lower than 60 cm showed significantly more degradation signs. These results are supported by 17 discriminant properties between the groups. A second critical threshold of 100 cm was also established. The second part of this thesis used digital soil mapping as a tool to generate predictive maps at a regional scale of the depth to the mineral layer, coprogenous layer thickness and peat maximum thickness of cultivation by subtracting the first two maps. The rich dataset formed in this study will be used to monitor soil evolution while the maps will serve as complementary decision tools to target fields for a prioritized soil conservation intervention.

La culture de canneberges, étant intensément drainée souterrainement, peut accélérer le transport des particules fines dans le sol. Ce projet vise à évaluer la migration des particules fines dans les sols de canneberges. Cette expérience a été mise en place sur 3 sites (A, B, C) de production au Québec. Un traceur physique inerte, l'oxyde de zirconium (ZrO2), a été appliqué sur des parcelles de 25 x 25 cm au début de l'été 2014. Les parcelles étaient munies de puits d'observation de la nappe et de tensiomètres (TX3) positionnés sur le drain, au quart de l'écartement et à demi-écartement, à 10 et à 20 cm de profondeur. De plus, deux puits d'observation de la nappe supplémentaires par site ont été installés dans le milieu naturel à côté du champ. Des colonnes de sol de 60 cm de long et de 6 cm de diamètre ont été échantillonnées sur chacun des sites en août 2014 (T1) et juillet 2015 (T2), pour un total de 18 colonnes. Celles-ci ont été coupées et séchées en segments de 2 cm d'épaisseur, donnant ainsi 30 échantillons de sol par colonne. La concentration de ZrO2 a été mesurée par spectromètre de fluorescence rayon-X (EDXRF). La granulométrie a aussi été mesurée sur les mêmes segments afin d'identifier des zones d'accumulation de particules fines. Les résultats obtenus par EDXRF ont montré une migration de ZrO2 sur toutes les colonnes à 10 cm de profondeur au T1, soit la profondeur racinaire de la canneberge. Cependant au T2, les colonnes du site C ont montré une migration entre 15 à 30 cm de profondeur. Le site A et B sont plus susceptibles au problème de colmatage que le site C.

L'étude menée dans cette thèse avait pour but de développer et d'approfondir nos connaissances sur la relation entre le mouvement diffusif des gaz dans le sol et certaines propriétés physiques du sol, à trois niveaux d'observations : micro-, méso- et macroéchelle. À cette fin, cinq objectifs ont été définis : (1) micro-échelle - mise en évidence de la relation entre la porosité du sol, décrite par des paramètres multi-fractals et calculée sur des images de systèmes porals en 3-D obtenues de données CT scan (tomodensitométrie assistée par ordinateur), et la diffusion des gaz mesurée en laboratoire à méso-échelle; (2) méso-échelle - mesures sur des colonnes de sol en laboratoire des coefficients de diffusion relatifs des gaz dans le sol (Dc/D0) et sélection d'un modèle de prédiction optimal basé sur des caractéristiques physiques du sol; (3) macro-échelle - mise en application du modèle de prédiction de Ds/D0 par une analyse temporelle des patrons de distribution spatiale multi-échelles de Ds/D0 en sol agricole; (4) multi-échelle - intégration de DJD0 et de sa relation avec les paramètres physiques des sols agricoles décrivant la porosité aux trois niveaux d'observations; (5) macro-échelle - application concrète du transfert d'échelle (méso à macro) par une approche simple permettant d'estimer l'oxydation du méthane dans un sol de recouvrement de site d'enfouissement. Les résultats ont montré que : (1) à micro-échelle, il existe une forte corrélation entre Ds/D0 et certains paramètres multi-fractals décrivant la porosité du sol. Une loi de puissance d'ordre deux serait applicable comme relation d'échelle de Ds/D0. (2) À mésoéchelle, le modèle de Millington et Quirk (1961), aussi une loi de puissance, s'avère être le plus performant pour les sols agricoles et le sol de recouvrement de site d'enfouissement. (3) À macro-échelle, ce modèle permet l'analyse de la variabilité spatio-temporelle de Dç/Do à l'échelle d'un champ. Cela a révélé une variabilité spatiale élevée de Ds/D0, dépendante de la distance dans le champ, et dont la structure spatiale se maintient au cours d'une saison de croissance. (4) L'intégration de ces trois échelles a permis d'esquisser un pont empirique entre certaines propriétés physiques du sol et Ds/D0 sur trois niveaux d'observations. (5) Une approche simple a pu être validée à macro-échelle où ce modèle de prédiction de Ds/D0 s'est avéré adéquat pour estimer l'oxydation du méthane à partir de propriétés physiques du sol faciles à mesurer.

Les sols organiques sont très productifs et leurs propriétés physiques et chimiques permettent de cultiver des denrées de grande qualité à fort volume. Malheureusement, la qualité des sols organiques et les propriétés qui les rendent si productifs se dégradent rapidement, et ce dès leur mise en culture. Afin de préserver le potentiel agronomique de ces sols, des mesures de protection et de conservation des sols sont à l’étude. Parmi celles-ci, l’apport de biomasse végétale broyée est envisagé afin de ralentir ou de stabiliser les pertes de sols et de maintenir les propriétés physiques de ces sols. Cette méthode est à l’étude avec un dispositif expérimental établi enserre. Deux types de biomasses (miscanthus et saule) à des doses de 15 et 30 t/ha ont été appliqués sur un sol organique affaissé. Quatre mélanges de fibre ayant des tailles variant de5 à 45 mm ont été testés. L’effet des traitements a été étudié sur trois cycles de production successifs de légumes feuilles (épinard, roquette, épinard). Une réduction notable des rendements de la culture avec la dose de biomasse apportée a été obtenue lors du premier cycle de production. Une chute de rendement d’environ 60% a été observée pour les cultures ayant reçu une dose de 30t/ha d’amendement. Aucune fluctuation significative des rendements n’a été notée au deuxième cycle, contrairement au troisième cycle où les rendements ont sensiblement augmenté pour les traitements ayant reçu une dose d’amendement de 30 t/ha. Les différentes mesures prises pour évaluer les propriétés du sol après les trois cycles de culture ne révèlent aucun changement notable des propriétés physiques ou hydrauliques du sol à la suite des applications de biomasse. Des variations significatives de certaines propriétés chimiques ont été obtenues, mais ne permettent pas d’expliquer de façon claire les effets des traitements sur les rendements. L’apport de biomasse est une méthode prometteuse qui nécessite certaines études plus approfondies afin de comprendre les effets observés. / Organic soils are very productive, and their physical and chemical properties allow for the cultivation of high quality, high-volume foodstuffs. Unfortunately, the quality of organic soils and the physical properties that make them so productive quickly deteriorate as soon as they are drained for cultivation. In order to preserve the agronomic potential of these soils, soil protection and conservation measures are being studied. Among these, the addition of crushed plant biomass is considered to help slow down or stabilize soil losses and maintain physical properties of these soils. This method was studied in a greenhouse experimental design. Two types of biomass (miscanthus and willow) at rates of 15 and 30 t/ha were applied to a collapsed organic soil. Four fibre length mixtures ranging from 5 to 45 mm were studied on three cycles of leafy vegetables (spinach, rocket, spinach). A significant reduction in crop yields with increasing biomass dose was noted for the first production cycle. No significant yield fluctuations were noted in the second cycle, in contrast to the third one, where yields increased significantly for treatments with an amendment rate of 30 t/ha. The various measurements taken at the end of the three production cycles to evaluate soil properties did not reveal any significant improvement in the physical or hydraulic properties of the soils following biomass applications. Significant variations were obtained for some chemical characteristics measured, with no clear results to help explain the yield variations obtained. Biomass amendment is a promising method that requires more studies in order to understand the processes involved.

Des études antérieures ont permis de démontrer que les sols argileux subissaient une déstructuration lorsqu'ils étaient soumis aux premiers cycles de gel et dégel. Ce problème peut être observé lors de la construction d'une route en déblai sur des dépôts d'argile. Les résultats de ces études ont montré que plus l'indice de liquidité initial (ILO) des sols est élevé, plus la déstructuration causée par le gel et dégel est importante et peut entraîner des tassements à une chaussée routière. Afin d'améliorer les connaissances sur les effets des premiers cycles de gel et dégel sur des sols argileux, des essais de gel et dégel en laboratoire ont été effectués sur des échantillons intacts qui possédaient un ILO compris principalement entre 0.30 et 0.90. Nous avons analysé les caractéristiques initiales et les déplacements verticaux des sols argileux lors des premiers cycles de gel et dégel. Ces résultats ont permis d'observer une diminution de II variant de 0.00 à 0.40 après les trois premiers cycles de gel et dégel. Nous avons aussi observé une diminution de la susceptibilité au gel et du module réversible au cours de cette même période. Les résultats obtenus des différents essais ont permis de constater que les sols argileux possédant un ILO compris entre 0.50 et 0.90 sont affectés à différents niveaux par le gel et dégel et que ces effets doivent être considérés lors de la conception de chaussée routière construite en déblais dans ce type de dépôt.

Cette étude réalisée entre 1992 et 1994 inclusivement montre que l'introduction d'une culture d'orge dans un programme de rotation avec la culture de carottes a permis de produire un couvert végétal important et a amélioré la qualité du sol organique de la sous-station de recherche de Sainte-Clotilde d'Agriculture et Agroalimentaire Canada. Une élévation rapide de la conductivité hydraulique saturée a été mesurée l'année même de l'implantation de l'orge et s'est maintenue lors des mesures prisent au printemps suivant avec des valeurs de 8,6X10^5 et l,4X10^5 m^1 pour l'orge et la carotte, respectivement. Toutefois, l'effet s'est dissipé au cours de l'année suivante, suite à la remise en culture de la carotte. L'introduction de l'orge dans la rotation a entraîné une augmentation des rendements vendables de carottes de l'ordre de 3,7 t ha'1 mais n'a pas affecté les besoins azotés. Différents traitements de fertilisation azotée allant de 0 à 75 kg N ha^1 ont également été appliqués sur une période de trois ans afin d'évaluer si la carotte répondait à la fertilisation de l'année mais également à celle des années antérieures. Un suivi des nitrates du sol a été effectué afin de quantifier l'importance des risques de pertes par lessivage. Les doses croissantes d'engrais azoté n'ont eu aucun effet sur le rendement de carottes pour les trois années d'expérimentation. Un rendement moyen de 51,0 t ha^' a été obtenu en 1994 pour les parcelles sous monoculture de carottes ayant reçu 0 kg N ha^1 en 1992, 1993 et 1994 comparativement à un rendement de 49,6 t ha^' pour une fertilisation successive de 75 kg N ha^' en 1992 et 1993 et de 50 kg N ha"1 en 1994. Les doses croissantes d'engrais azotés ont cependant fait augmenter le contenu en azote du sol et des tissus. Les doses d'azote plus élevées ont amené de plus grandes quantités de nitrates sous la zone racinaire, augmentant ainsi le risque de contamination de la nappe d'eau souterraine. De plus, le fractionnement des engrais azotés n'a eu aucun effet, tant sur le rendement de la carotte que le contenu en azote du sol ou des tissus