Modélisation expérimentale de l’érosion côtière du pergélisol à échelle réduite : Un nouveau modèle de prédiction

Ben Said, Hatim (2025). Modélisation expérimentale de l’érosion côtière du pergélisol à échelle réduite : Un nouveau modèle de prédiction Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 126 p.

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Résumé

L’érosion des littoraux arctiques riches en pergélisol constitue une problématique majeure qui s’amplifie avec l’occurrence des phénomènes extrêmes liés aux changements climatiques. La dégradation de ces côtes est le résultat du couplage de l’effet abrasif des vagues et du forçage thermique de l’eau en contact avec le pergélisol. Ce processus thermomécanique est connu sous le nom de thermo-érosion. Bien que des modèles analytiques et empiriques existent, la compréhension quantitative de ces mécanismes reste limitée, vu l’absence de données expérimentales contrôlées permettant l’évaluation de leur contribution dans la réponse érosionnelle des littoraux riches en pergélisol. Ainsi, la présente étude vise à modéliser expérimentalement l’érosion côtière du pergélisol en laboratoire à échelle réduite. Pour ce faire, un dispositif expérimental a été mis en place dans un canal à vagues permettant de simuler les conditions réelles de l’interface mer-pergélisol. Le dispositif comprend une pente côtière (1:20) menant à un échantillon de pergélisol confectionné artificiellement. Un système en plaques froides entourant l’échantillon de sol gelé a été conçu afin de simuler un domaine de pergélisol infini. Le protocole expérimental a évalué l’effet de la hauteur et de la période des vagues, ainsi que la teneur en glace du sol sur les taux de creusement des niches thermoérosives formées à la base de l’échantillon du sol gelé. Une série d’instruments a servi pour acquérir les différentes données impliquées dans le processus, à savoir : des capteurs de température (RTD), des jauges de vagues (WG), des vélocimètres (ADV) et une caméra haute résolution pour le suivi morphologique. L’analyse des données expérimentales recueillies a permis de développer un modèle adimensionnel innovant et prédictif basé sur les nombres adimensionnels de Froude (Fr), d’Irribaren (Ir), et de Stefan (Ste). Le modèle issu de cette étude a réussi à reproduire les taux d’érosion mesurés expérimentalement avec coefficient de détermination R² dépassant 0,9. En plus, des analyses au micro-tomodensitométrie aux rayons X (µCT) ont été effectuées sur un échantillon de pergélisol, confectionné au laboratoire, afin d’évaluer l’applicabilité de cette technique dans la caractérisation de la distribution interne glace-eau-air-sédiment des échantillons du pergélisol. Les résultats expérimentaux démontrent que la hauteur des vagues est le principal moteur de l’érosion, tandis que la teneur en glace agit comme un modulateur thermique, retardant la dégradation par l’effet de la chaleur latente de fusion. La période des vagues a un effet négligeable dans les conditions testées. La présente étude cède le pas vers la prédiction de l’érosion du pergélisol pour une gestion côtière plus optimale en Arctique, tout en fournissant des outils essentiels pour l'élaboration de stratégies d'adaptation aux changements climatiques.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Stolle, Jacob
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Francus, Pierre
Mots-clés libres:	pergélisol; thermo-érosion; littoraux arctiques; modélisation expérimentale; niches thermo-érosives; modèle adimensionnel; changements climatiques
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	29 janv. 2026 21:34
Dernière modification:	29 janv. 2026 21:34
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16821

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