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Lin Chen

 

Étudiant 3è cycle

Département de géographie, Université de Montréal

Laboratoire René-J.-A.-Lévesque
2905, chemin des services
Université Laval
Montréal
Québec, Canada

514. 343.6111
chl_sc@163.com

 

 


 
 
 

Projet de recherche

Impacts des transferts de chaleur verticaux et latéraux sur la stabilité thermique des infrastructures de transport dans les régions de pergélisol discontinu - sud-ouest du Yukon, Canada

La hausse des températures de l’air et les perturbations de surface créées par la construction des routes altère l’équilibre thermique de surface, entraînent une hausse de la température et de la dégradation du pergélisol et favorisent le développement de taliks. Les remblais de route interagissent avec le pergélisol sous-jacent essentiellement via les transferts de chaleur conductifs et les changements de phase durant les épisodes de gel et dégel. Lorsque les remblais sont localisés dans les chemins d’écoulement souterrain préférentiels, les transferts de chaleur (conducto-convectifs) peuvent être plus d’un ordre de grandeur plus important que les transferts de chaleur conductifs (Kane et al. 2001; Kurylyk et al. 2014, 2016). L’advection de chaleur par écoulement souterrain et son impact sur le régime thermique du pergélisol ont été peu étudiés jusqu’à ce jour. D’après des observations de terrain et les modélisations numériques, l’écoulement d’eau dans les sols est un facteur clé des transferts de chaleur et de la dégradation du pergélisol (McKenzie et al. 2007; Woo et al. 2008; de Grandpré et al. 2010, 2012). L’écoulement latéral dans les sols peut affecter significativement la température du sol, augmenter la profondeur de la couche active et créer des taliks sous les remblais de route. La connectivité des taliks créent de nouveaux chenaux d’écoulement souterrain qui augmente en dimension avec le temps (avec la dégradation du pergélisol). L’écoulement souterrain affectera significativement la stabilité à long terme des infrastructures, augmentera les coûts d’entretien et réduira le cycle de vie des infrastructures.

Dans la région de Beaver Creek, au sud-ouest du Yukon, une section test a été construite en 2008. Ce site est bien connu pour la dégradation du pergélisol sous le remblai de route, est soumis à des écoulements souterrains significatifs et est très bien instrumenté pour le suivi thermique. La route intercepte le réseau de drainage local. L’approfondissement de la couche active sous les pentes et le pied du remblai au cours des années a entraîné une subsidence de la route. La subsidence des matériaux grossiers du remblai (sable et gravier) au niveau de la nappe phréatique favorise l’augmentation de l’écoulement souterrain (rétroaction positive). Durant la saison chaude, les eaux de fonte des neiges et les pluies saturent le sol dégelé et entraînent un stockage de l’eau au pied du remblai et peuvent entraîner l’écoulement dans la couche active et les taliks. De plus, l’eau accumulée sous la route, retarde le gel du sol en hiver et contribue donc à une hausse des températures du pergélisol. Un réseau de piézomètres et de câbles à thermistances a été installé dans le remblai afin d’estimer l’ampleur de l’écoulement souterrain et son impact sur le pergélisol sous le remblai.

L'interaction complexe entre les infrastructures de transport, l'écoulement des eaux souterraines, et le pergélisol sous-jacent reste mal comprise et quantifiée et aucune de ces études ont été basées sur des observations sur le terrain à long terme. Cette section d'essai routier offre l'occasion d'étudier le transfert de chaleur par convection des eaux souterraines, notamment dans les taliks. L’objectif général de mon projet est de développer un modèle thermique numérique basé sur nos études de terrain et d'évaluer la réponse potentielle du pergélisol et des infrastructures à l'écoulement des eaux souterraines et au changement climatique. Les objectifs spécifiques sont : 1) Améliorer la connaissance des voies d'écoulement des eaux souterraines, des processus de regel dans la couche active et du développement de taliks sous un remblai; 2) Développer un modèle hydro-thermo-mécanique de l’infrastructure et du pergélisol sous-jacent et 3) Évaluer le rendement à long terme des techniques de mitigation visant à contrer la dégradation du pergélisol. Cette étude permettra également de mieux comprendre le développement de dépressions longitudinales et d'améliorer la conception des systèmes de drainage en conditions de pergélisol.

 
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