L'intégration des projections des changements climatiques dans les rapports géotechniques à long terme n'est plus facultative, mais une responsabilité professionnelle.Comme le climat continue de changer, les infrastructures conçues uniquement sur des données historiques risquent une défaillance prématurée, des coûts d'entretien accrus et des risques pour la sécurité.Les ingénieurs et planificateurs géotechniques doivent maintenant examiner comment l'évolution de la température, des précipitations, du niveau de la mer et des phénomènes météorologiques extrêmes affectera le comportement du sol, les conditions des eaux souterraines et la stabilité des pentes pendant la durée de vie du projet.

Comprendre les projections des changements climatiques pour les applications géotechniques

Les projections climatiques sont dérivées de modèles climatiques mondiaux (MCG) qui simulent le système climatique terrestre selon différents scénarios d'émissions. Pour les travaux géotechniques, les résultats pertinents comprennent les changements de température, les modèles de précipitations, les cycles de gel-dégel, l'évapotranspiration, l'élévation du niveau de la mer et l'intensité des tempêtes. Toutefois, la résolution spatiale grossière des MCG (habituellement de 100 à 250 km) est rarement suffisante pour une analyse géotechnique spécifique au site.

Sources des données de projection climatique

Les sources d'autorisation comprennent les rapports d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), le Projet mixte d'intercomparaison de modèles (CMIP) et des organismes nationaux comme la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) des États-Unis, le UK Met Office et le Australian Bureau of Meteorology. De nombreux pays fournissent également des ensembles de données à échelle réduite par le biais de plateformes comme la Climate Resilience Toolkit des États-Unis ou la Plate-forme européenne d'adaptation au climat.

Principales variables climatiques pour les évaluations géotechniques

  • Température:[ Affecte le dégel du pergélisol, le séchage du sol et les taux d'évapotranspiration.
  • Précipitation:[ Les changements dans les précipitations annuelles totales, la distribution saisonnière et l'intensité influent sur les taux de recharge, les niveaux d'eau souterraine et le ruissellement.
  • L'élévation du niveau de la mer:[ Impacte la géotechnique côtière en soulevant les nappes phréatiques, en augmentant la pression interstitielle et en exacerbant l'intrusion dans l'eau salée, qui peut corroder les fondations et réduire la résistance du sol.
  • Les cycles de gel-dégel:[ Les changements dans le nombre et l'intensité des événements de gel-dégel affectent la charge de gel et l'affaiblissement du dégel, critiques pour les routes, les chemins de fer et les pipelines dans les régions froides.
  • Les ondes de tempête et le vent: Les ondes de tempête plus élevées combinées à l'action des vagues peuvent éroder les bluffs côtiers et les jetées de pont de glissière, tandis que les charges de vent intenses affectent la stabilité de la pente pendant les fortes précipitations.

Facteurs climatiques clés influant sur la performance géotechnique

Changements de température et dégel de pergélisol

Dans les régions de pergélisol, les températures de réchauffement entraînent une aggravation de la couche active et un dégel potentiel du pergélisol riche en glace, ce qui peut entraîner un tassement à grande échelle du sol, une perte de capacité de roulement et une instabilité des pentes.

Évolution des précipitations et réponse des eaux souterraines

Dans les zones arides et semi-arides, l'augmentation des précipitations peut augmenter la nappe phréatique, réduire le stress et déclencher l'effondrement du sol. Inversement, la diminution des précipitations peut entraîner une dessiccation et une fissuration du sol, ce qui augmente la perméabilité et affecte la stabilité du bassin.

Érosion côtière et élévation du niveau de la mer

L'élévation du niveau de la mer accroît les charges hydrostatiques et hydrodynamiques sur les structures côtières. Elle élève également la nappe phréatique côtière, qui peut adoucir les sols de fondation, augmenter le potentiel de liquéfaction et accélérer la corrosion de l'acier encastré.

Événements météorologiques extrêmes et stabilité du site

Les changements climatiques augmentent la fréquence et l'intensité des précipitations extrêmes, des vagues de chaleur et des feux de forêt. Les feux de forêt, les sols hydrophobes et la perte de végétation peuvent augmenter de façon spectaculaire le risque de déversement de débris. De même, les pluies intenses sur le sol saturé peuvent déclencher des glissements de terrain.

Méthodes d'incorporation des projections climatiques

Sélection et réduction des modèles climatiques

Commencez par examiner les MCG disponibles à partir de la dernière phase du PICM (actuellement le PICM6). Choisissez un sous-ensemble qui fonctionne bien pour la région d'intérêt, en tenant compte des paramètres comme les biais historiques dans la température et les précipitations.

Évaluation des impacts sur les propriétés du sol

Les changements climatiques modifient les propriétés du sol de façon complexe.

  • Pesant et craquant:[ Les sécheresses prolongées augmentent les fissures de dessiccation dans les sols argileux, augmentant la conductivité hydraulique et affaiblissant la résistance au cisaillement.
  • Mouiller et s'effondrer: L'augmentation des précipitations sur les sols écroulés peut déclencher un règlement soudain.
  • Destruction de la congélation:[ D'autres cycles réduisent la résistance des sols sensibles au gel et causent des rugissements dans les chaussées.
  • Activité biologique : Des températures plus élevées augmentent l'activité microbienne, ce qui peut accélérer la décomposition organique du sol et réduire le volume.

Pour quantifier ces effets, il faut utiliser des relations empiriques ou des courbes de caractéristiques avancées du sol et de l'eau qui tiennent compte des changements projetés de température et d'humidité.

Mise à jour des modèles géotechniques avec scénarios futurs

Les analyses déterministes traditionnelles fondées sur des données historiques devraient être complétées par des approches probabilistes qui intègrent les projections climatiques.

  • Les modèles SLOPE/W ou FLAC peuvent utiliser les niveaux futurs d'eau souterraine dérivés de scénarios de recharge axés sur le climat.
  • Les analyses de peuplement peuvent inclure une gamme de profils d'aspiration futurs du sol pour les conditions non saturées.
  • Les évaluations de la liquéfaction dans les zones côtières devraient tenir compte de l'augmentation des nappes phréatiques due à l'élévation du niveau de la mer.

Il est essentiel de faire fonctionner le modèle géotechnique sous plusieurs perspectives plausibles (p. ex., scénarios de faibles, moyens et élevés d'émissions) et de présenter l'éventail des résultats.

Comptabiliser l'incertitude

Les projections climatiques comportent une incertitude importante à partir des scénarios d'émission, de la structure du modèle et de la variabilité naturelle.Les rapports géotechniques doivent communiquer cette incertitude de manière transparente.Utilisez les analyses de sensibilité pour déterminer quelles variables climatiques influent le plus sur les paramètres de conception.Dans la mesure du possible, exprimez les résultats comme probabilités (p. ex., -) Il y a une probabilité de 70 % que la table des eaux souterraines augmentera de 0,5 m d'ici 2050 dans le scénario à émissions élevées.

Intégration pratique dans les rapports géotechniques

Format et structure des rapports

Un rapport géotechnique éclairé sur le climat devrait comprendre une section consacrée aux considérations liées au changement climatique ou aux conditions futures.

  1. Les modèles et scénarios climatiques utilisés, avec références et date de récupération des données.
  2. Méthode de réduction de l'échelle et résolution spatiale.
  3. Principaux changements prévus pour l'emplacement et l'horizon temporel du projet.
  4. Évaluation de l'impact de chaque paramètre géotechnique pertinent (résistance à la couche d'eau, nappes souterraines, potentiel d'érosion, etc.).
  5. Incidences sur les méthodes de conception et de construction, y compris les mesures d'adaptation.

Analyse de sensibilité et hiérarchisation des risques

Une analyse de sensibilité aide à établir la priorité des projections qui méritent le plus d'attention. Par exemple, une analyse de stabilité des pentes peut être très sensible aux changements de pression interstitielle de l'eau, mais insensible à la température seule. Présentez ces sensibilités dans les tableaux ou matrices pour aider l'équipe de conception à concentrer les ressources.

Recommandations de conception adaptative

Lorsque les conditions futures sont incertaines, les conceptions adaptatives — souvent appelées -low-regret -- ou --flexible - permettent des interventions échelonnées.

  • Concevoir des fondations avec une capacité de charge supplémentaire pour permettre un règlement futur.
  • Utiliser des systèmes de drainage de taille pour prévoir des augmentations des précipitations extrêmes.
  • Préciser les matériaux résistant à la corrosion dans les zones côtières où l'intrusion dans l'eau salée devrait s'aggraver.
  • Y compris les instruments de surveillance (inclinomètres, piézomètres) pour vérifier les performances au fur et à mesure que le climat se développe.

Le rapport devrait indiquer explicitement la durée de vie prévue et les conditions climatiques prévues aux étapes clés (p. ex. 25, 50 et 100 ans).

Études de cas et pratiques exemplaires

Étude de cas 1: Pipeline à base de pergélisol dans le Nord du Canada

Au cours de la conception d'un gazoduc, les ingénieurs géotechniques ont utilisé des projections de température à échelle réduite de la RCP 8,5 pour modéliser la profondeur du pergélisol dégelé sur 60 ans. L'analyse a montré que le tassement du dégel pouvait dépasser 1,2 m dans certaines sections. L'équipe a conçu des pieux se terminant dans un pergélisol stable riche en glace à des profondeurs augmentées de 3 m par rapport aux conceptions traditionnelles, et a spécifié des thermosyphons pour maintenir la température du sol.

Étude de cas 2: Débardement de la route côtière en Asie du Sud-Est

Un remblai routier de 40 km dans une zone côtière basse a été menacé par l'élévation du niveau de la mer et des moussons plus intenses. Le rapport géotechnique a incorporé des projections du Rapport spécial du GIEC sur l'océan et la cryosphère (2019) et des modèles régionaux d'ondes. Les analyses de stabilité des pentes ont été réutilisées dans trois scénarios d'élévation du niveau de la mer (0,3, 0,6 et 1,0 m par 2100).

Meilleures pratiques tirées des lignes directrices de l'industrie

Plusieurs organismes professionnels offrent maintenant des conseils en matière d'adaptation climatique aux ingénieurs géotechniques.L'American Society of Civil Engineers (ASCE) fournit une trousse d'outils sur les infrastructures climatiques, tandis que L'Institution of Civil Engineers (ICE) publie des conseils sur l'intégration du changement climatique dans l'évaluation de projets.

Défis et orientations futures

Disponibilité et incertitude des données

Dans de nombreuses régions du monde, les données climatiques à échelle réduite ne sont pas facilement disponibles ou sont trop grossières pour être analysées à l'échelle du site. Même lorsque des données existent, la plage d'incertitude pour les précipitations peut être très large, ce qui rend difficile la recommandation de paramètres de conception spécifiques.

Collaboration interdisciplinaire

L'intégration des projections climatiques exige des connaissances qui dépassent la formation géotechnique traditionnelle.De nombreuses entreprises manquent d'expertise en matière de climat à l'interne. La solution consiste à former des partenariats avec des groupes de spécialistes des sciences du climat ou à embaucher des consultants spécialisés dans le risque climatique.

Conducteurs de la normalisation et de la réglementation

Il n'existe actuellement aucune norme mondiale pour l'intégration des projections climatiques dans les rapports géotechniques. Certains pays (p. ex. le Royaume-Uni, la Norvège et le Canada) ont des lignes directrices nationales qui prévoient des évaluations des risques climatiques pour les infrastructures publiques. Aux États-Unis, la Federal Highway Administration exige que l'on tienne compte des changements climatiques dans les projets financés par le gouvernement fédéral.

Outils et technologies émergents

L'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle sont appliqués aux données climatiques à basse échelle et pour les relier aux modèles géotechniques.Les plateformes basées sur le cloud comme Cal‐Adapt fournissent des variables climatiques prêtes à être utilisées pour des applications d'ingénierie.Les centres scientifiques d'adaptation climatique de l'USGS offrent des projections et une formation à basse échelle.

Conclusion

Les rapports géotechniques à long terme qui n'intègrent pas les projections climatiques exposent les clients et les collectivités à des risques inacceptables. En choisissant systématiquement des scénarios climatiques, en évaluant les impacts sur les sols et les eaux souterraines, en mettant à jour les modèles et en communiquant les incertitudes, les ingénieurs peuvent fournir des infrastructures qui demeurent sûres, fonctionnelles et rentables pour toute la vie prévue. La profession doit embrasser la collaboration interdisciplinaire, adopter des normes émergentes et perfectionner continuellement les méthodes à mesure que la science du climat évolue.