Projet P1.1

Les objectifs de ce projet sont d'apporter, dans le cadre de eux doctorats, une compréhension plus complète des phénomènes d'érosion interne régressive par suffusion et développer des approches de modélisation du comportement en fonction des conditions spécifiques de terrain et de mise en place.

La problématique d'érosion interne de la fondation sera étudié par un premier doctorant à l'aide d'un montage expérimental récemment développé qui permettra d'approfondir et de saisir sa nature tridimentionnelle grâce à l'ajout de multiples capteurs de pression interstitielle combiné à l'imagerie 3D et le balayage laser pour le suivi en temps réel de l'évolution des canaux d'érosion. Après avoir valider le montage à partir des données disponibles dans la littérature, une étude paramétrique sur les effets de la granulométrie et de la densité des sols sera effectué pour, par la suite, développer un modèle global établissant les gradients critiques en fonction de la nature et de l'état des sols.

Afin de généraliser les critères de vitesse critiques d'initiation et de continuation de l'érosion par suffusion pour l'ensemble des matériaux de noyaux de barrages rencontrés au Québec, un second doctorant réalisera dans un premier temps, une étude paramétrique expérimentale sur des matériaux génériques, pour ensuite tester des matériaux de barrages existants. 

Projet P1.2 

Afin de soutenir la pause de diagnostiques et l'élaboration de solutions, ce projet vise à développer des méthodes d'analyse de bases de données quantitative et qualitative à l'aide des approches de type géostatistique et apprentissage machine.

Un doctorant mènera une étude géostatistique d'un site où de nombreuses interventions ont été effectué pour maîtriser l'érosion interne de la fondation. Plusieurs campagnes d'investigation ont permis d'obtenir de nombreuses caractéristiques des sols et des niveaux de la nappe phréatique. Dans un premier temps, les données et paramètres seront intégrés dans un modèle aux endroits connus pour permettre l'estimation de la variabilité spatiale des paramètres et de leur effet sur la conductivité hydraulique de l'horizon de sable qui s'érode. Par la suite, des simulations géostatistiques permettront d'obtenir une vision plus globale du site et de sélectionner les scénarios les plus probables qui seront comparés aux modèles hydrogéologiques du site. Finalement, des outils seront développés pour établir la probabilité de dépassement du gradient critique et déterminer les endroits où les chenaux ont le plus de chance de se développer.

Un second projet de doctorat consistera à faire l'analyse des données et des modèles géostatistiques du site pour entraîner des algorithmes d'intelligence artificielle (IA). Les analyses intègreront aussi les informations objectives et subjectives des rapports d'évaluation de la performance de l'ouvrage depuis sa construction afin de développer une méthodologie d'analyse de l'ensemble des données pour un site donné, afin d'assister les ingénieurs(es) dans leur prise de décisions afin d'effectuer le meilleur suivi des conditions de terrain ainsi que pour optimiser les opérations de maintenance et de réhabilitation.

Dans le cadre de ce projet, un étudiant ou une étudiante à la maîtrise évaluera la possibilité d'utiliser la photogrammétrie thermique à l'aide d'un drone qui est une technique peu couteuse et sécuritaire pour détecter les fuites dans les barrages en remblai et en béton. Des ouvrages identifiés feront l'objet de relevés qui permettront de détecter de potentielles anomalies. Un lien sera fait entre ces relevés et les observations visuelles de terrain, les relevés LiDAR et les orthophotographies. Des algorithmes d'IA seront testés pour faciliter et accélérer la détection des zones problématiques, le type de pathologie et l'intensité des défauts.

Projet P1.3

L'objectif de ce projet est de développer une méthodologie de caractérisation de l'érosion de surface. Des approches novatrices de gestion des surverses contrôlées seront étudiées telles que ; la planification et l'opération de brèches sécuritaires ainsi que la remise à la nature de déversoirs en enrochement favorisant l'écoulement de surface. Un premier étudiant à la maîtrise a terminé des essais de validation d'un montage expérimental permettant l'étude, sur des modèles réduits, de l'érosion par surverse de différents types de matériaux, afin d'établir les conditions d'initiation, les taux d'érosion et les temps requis pour atteindre la rupture. 

Un second projet de maîtrise consistera, à l'aide du même montage, à étudier le comportement de déversoirs souvent utilisés dans les réservoirs fauniques (transit de poissons). Les effets des débits/vitesses d'écoulement ainsi que la géométrie des déversoirs seront établis pour différents types de matériaux de remplissage et seront associés à la possibilité de maintenir un écoulement en surface. Les données expérimentales seront analysées à l'aide de modèles théoriques et empiriques existants afin de déterminer les contraintes de cisaillement maximales pouvant être supportées par les particules de diamètres variées. Les critères de filtre et d'érosion interne seront exploités et une analyse des nombreux déversoirs opérés par le Ministère de l'Environnement, de Lutte contre les changements climatiques, de la Faune et des Parcs (MELCCFP) sera faite pour déterminer une méthode de conception réaliste. 

Un troisième de maîtrise consistera en une étude sur le terrain concernant des barrages qui devront être détruits pour remettre les aménagements à la nature (renaturation). En combinaison avec des relevés LiDAR, l'étudiant ou l'étudiante associé à ce projet utilisera les méthodes d'analyse de photogrammétrie pour établir les taux d'érosion durant la destruction. Ces taux seront mis en relation avec les caractéristiques géotechniques des barrages en question. Des modèles réduits de ces barrages seront réalisés en laboratoire dans le but d'établir l'effet d'échelle et vérifier l'applicabilité des conclusions des études antérieures. 

Dans une phase subséquente du programme, les travaux de ces trois maîtrises serviront de base à l'élaboration d'une méthode de gestion des brèches sécuritaires pour les barrages existants et pour la conception de digue fusible d'ouvrages futurs pour mieux gérer les crues catastrophiques.