Supervision par :

Guy Doré (Membre régulier)

Co-supervision par :

Daniel Fortier (Membre régulier)

Description du projet de recherche

Gestion des eaux de surface et souterraines pour les infrastructures de transport en milieux pergélisolés

La construction et l'entretien des routes, aéroports et chemins de fer en condition de pergélisol sont des défis d'ingénierie majeurs. Une des causes principales de la dégradation des remblais dans le nord du Canada est la chaleur transférée aux remblais et au sol d'infrastructure par le ruissellement de surface et par les eaux souterraines. Les observations d'événements provoquant la dégradation accélérée des infrastructures nordiques (ex: pistes d'atterrissages, routes et fondations des bâtiments) suggèrent que l'eau liquide et ses effets de transport ont été grandement sous-estimés au cours des dernières années dans la science et l'ingénierie du pergélisol (ADAPT, 2012). Ces problèmes sont susceptibles de réduire les capacités structurelles et fonctionnelles de la route et même d'entraîner la rupture des remblais dans certains cas. Il est donc important d'étudier et de comprendre l'influence de l'eau sur les infrastructures de transport et de développer de nouvelles pratiques d'ingénierie face à la gestion de l'eau. Ce projet de recherche vise à développer des méthodes pratiques pour calculer la quantité de chaleur transférée par convection par les flux d'eau de surface et du sous-sol dans la conception d'un système de drainage. Ceci implique plus particulièrement le développement d'une méthode d'évaluation de la quantité maximale d'eau qui peut être concentrée dans un canal (ex: ponceau) afin de contrôler le transfert de chaleur au pergélisol et subséquemment l'érosion thermique des sols. Cette approche conduira à un nombre optimal de passages (ponceaux) à considérer pour une structure donnée, à la conception thermique de ces passages ainsi qu'à la conception d'un système de diffusion de flux en aval de la structure. Pour ce faire, les objectifs spécifiques à atteindre sont les suivants : 1) Améliorer la connaissance des écoulements d'eau de surface et souterraine et son influence sur la performance des chaussées construites sur un pergélisol sensible; 2) Développer une méthode géophysique qui permettra de détecter les réseaux d'écoulement souterrain sous la route; 3) Élaborer de nouvelles stratégies de construction et d'entretien afin d'atténuer les problèmes de dégradation du pergélisol résultant de l'écoulement d'eau; et 4) Effectuer une étude de faisabilité et de coûts-bénéfices des nouvelles techniques développées. Le projet comprend également l'analyse des profils de température du sol en fonction du débit de l'eau, des mesures de flux de chaleur, de la modélisation thermique et des essais en laboratoire à petite échelle. Trois sites expérimentaux, où des problèmes d'écoulement d'eau ont été répertoriés, ont été choisis pour la recherche et sont situés respectivement: sur l'autoroute de l'Alaska au Yukon à proximité de Beaver Creek, sur la route d'accès de l'aéroport d'Ilulissat au Groenland ainsi que sur la route d'accès à Salluit au Nunavik.

Communications scientifiques

Doré, G., Stephani, E., Malenfant Lepage, J., 2022. An overview of major engineering challenges for developing transportation infrastructure in Northern Canada. The School of Public Policy Publications, 15(1): 1-63. DOI: 10.11575/sppp.v15i1.73187.

Sjöberg, Y., Siewert, M.B., Rudy, A.C.A., Paquette, M., Bouchard, F., Malenfant Lepage, J., Fritz, M., 2020. Hot trends and impact in permafrost science. Permafrost and Periglacial Processes, 31(4): 461-471. DOI: 10.1002/ppp.2047.

Bouchard, F., Sansoulet, J., Fritz, M., Malenfant Lepage, J., Nieuwendam, A., Paquette, M., Rudy, A.C.A., Siewert, M.B., Sjöberg, Y., Tanski, G., Habeck, J.O., Harbor, J., 2018. “Frozen-Ground Cartoons”: Permafrost comics as an innovative tool for polar outreach, education, and engagement. Polar Record, 54(5-6): 366-372. DOI: 10.1017/S0032247418000633.

Fritz, M., Deshpande, B., Bouchard, F., Högström, E., Malenfant Lepage, J., Morgenstern, A., Nieuwendam, A., Oliva, M., Paquette, M., Rudy, A.C.A., Siewert, M.B., Sjöberg, Y., Weege, S., 2015. Brief Communication: Future avenues for permafrost science from the perspective of early career researchers. The Cryosphere, 9: 1715–1720. DOI: 10.5194/tc-9-1715-2015.

Malenfant Lepage, J., Doré, G., Fortier, D., Ingeman-Nielsen, T., 2015. L’utilisation de la résistivité pour caractériser les profils d’écoulement d’eau en terrain pergélisolé (Ilulissat, Groenland). Colloque du CEN 2015. Québec, Québec, Canada.