Caractérisation géoélectrique de l'hydrodynamique et de la distribution dans des sols gelés non saturés

Avec l'intensification du changement climatique mondial, la dégradation du pergélisol affecte les processus hydrologiques, l'intégrité des écosystèmes et la stabilité des infrastructures. Les transitions de phase répétées de l'eau interstitielle pendant les cycles de gel-dégel provoquent des fissures par le gel dans les matériaux poreux gelés, ce qui accélère davantage la dégradation du pergélisol et peut potentiellement aggraver le changement climatique global. Les méthodes géoélectriques, telles que la polarisation provoquée spectrale, en tant que techniques non destructives aux multiples approches, sont largement utilisées pour étudier la structure des pores, les caractéristiques hydrologiques et thermodynamiques des environnements gelés. Cette thèse explore de manière approfondie l'application de la polarisation provoquée spectrale dans les milieux gelés à travers des modélisations théoriques et des expériences en laboratoire. La première partie développe de nouveaux modèles de faisceaux capillaires pour décrire les effets de la conduction de surface aux interfaces aqueuses, de la saturation en eau, de la salinité et de l'hystérèse sur la conductivité électrique des milieux poreux gelés. Une série d'expériences en laboratoire ont été réalisées à l'aide d'un dispositif de résistance électrique et de la résonance magnétique nucléaire afin de valider les modèles proposés. Les résultats montrent un excellent accord entre les valeurs prédites et les données expérimentales, indiquant que ces modèles physiques permettent de prédire efficacement les variations de conductivité électrique dans les régions froides. La seconde partie de la thèse présente une série d'études expérimentales, théoriques et de modélisation, utilisant la polarisation provoquée spectrale pour caractériser les effets couplés de la teneur en eau initiale et de la minéralogie de l'argile sur les fissurations du sol et la conductivité complexe lors des processus de gel-dégel et de dessiccation. Les résultats expérimentaux montrent que les cycles de gel-dégel influencent fortement les motifs morphologiques et d'intersection des fissures en surface. L'humidité initiale et la minéralogie de l'argile affectent également l'évaporation de l'eau et la formation des fissures. Les deux composantes de la conductivité complexe sont linéairement sensibles au taux de fissuration et à la teneur en eau pondérale et présentent un comportement de décroissance similaire au fil du temps de séchage.