Contrôle de l'incertitude par une approche multidisciplinaire lors de la caractérisation environnementale des sites urbains contaminés

Résumé

La réhabilitation des sites urbains contaminés est l’un des défis stratégiques en vue d’une urbanisation durable et ce, à l’échelle planétaire. Toutefois, plusieurs obstacles affectent le réaménagement de ces sites urbains contaminés. Ces obstacles découlent d’une même source : l’incertitude. Le contrôle de l’incertitude lors de la caractérisation environnementale est donc un facteur clé permettant de surmonter les obstacles rencontrés. Bien qu’il représente un défi important, le contrôle de cette incertitude est pourtant peu étudié et maîtrisé, voire inexistant dans la pratique. La présente recherche doctorale porte ainsi sur le sujet du contrôle de cette incertitude, c’est-à-dire sa quantification dans un premier temps puis sa réduction. L’objectif premier de recherche a été de développer et de formuler une approche permettant de contrôler l’incertitude globale associée aux études de caractérisation des sites urbains contaminés. La stratégie de recherche a reposé sur la caractérisation de l’hétérogénéité à travers trois concepts interreliés : 1) la géométrie physique interne, 2) la représentativité des échantillons et 3) la distribution spatiale de la contamination. Un réel site urbain contaminé, lequel est caractérisé par la présence d’un remblai hétérogène lui conférant une très forte hétérogénéité, a été utilisé pour réaliser les travaux de recherche et pour valider l’approche globale élaborée. La géométrie physique interne a été caractérisée de manière pratiquement continue selon une approche d’auscultation géophysique multi-méthodes (induction électromagnétique, magnétométrie, tomographie de résistivité électrique et radar géologique). La représentativité des échantillons a été étudiée en comparant l’échantillonnage conventionnel par grappillage à une procédure alternative d’échantillonnage fondée sur les principes de la théorie de l’échantillonnage des matières morcelées. La distribution spatiale de la contamination a été caractérisée selon une procédure géostatistique par simulations conditionnelles permettant une optimisation de l’emplacement de stations d’échantillonnage supplémentaires. L’approche d’auscultation géophysique multi-méthodes a permis d’améliorer la schématisation de la structure, tant verticale qu’horizontale, de l’hétérogénéité physique du remblai urbain tout en permettant une sectorisation du site en zones d’hétérogénéités distinctes. Cette schématisation améliorée de l’hétérogénéité à l’échelle du site permet notamment la mise en place d’une stratégie d’échantillonnage optimisée qui tient compte de chacune des zones d’hétérogénéités distinctes identifiées. La procédure alternative d’échantillonnage développée a permis de quantifier la reproductibilité d’un échantillonnage et ce, pour chacune de ses sous-étapes (c.-à-d. du terrain jusqu’à l’analyse en laboratoire). La quantification de cette reproductibilité à chacune des sous-étapes d’échantillonnage permet d’assurer non seulement une meilleure compréhension de l’hétérogénéité à l’échelle de l’échantillon mais également l’optimisation de toute procédure d’échantillonnage en vue de permettre l’atteinte d’une représentativité désirée. Il a d’ailleurs été démontré que la méthode d’échantillonnage développée a permis une amélioration de la reproductibilité (et par conséquent de la représentativité) de l’échantillonnage par un facteur moyen de 10 comparativement à un échantillonnage conventionnel par grappillage. La procédure géostatistique par simulations conditionnelles a permis en premier lieu de déterminer la structure spatiale d’une contamination dans un remblai urbain, puis de quantifier à la fois l’incertitude locale et l’incertitude globale spécifique à un plan d’échantillonnage donné. La procédure développée a permis non seulement d’optimiser l’emplacement et le nombre de stations d’échantillonnage durant des phases complémentaires de caractérisation suivant un algorithme rationnel mais également de catégoriser le site en zones distinctes (volume à traiter, volume incertain et volume à faible risque) selon les probabilités de dépassement d’une valeur-seuil légale. Cette catégorisation du site est basée sur deux bornes décisionnelles dont les valeurs s’ajustent selon l’hétérogénéité du site. Bref, l’approche développée dans la présente recherche doctorale permet de fournir un processus formel et rationnel de la caractérisation de l’hétérogénéité d’un site urbain contaminé, autant à l’échelle de l’échantillon que du terrain. Cette caractérisation de l’hétérogénéité mène ainsi au contrôle de l’incertitude globale d’une étude de caractérisation, à la fois sa quantification et sa réduction et à l’obtention d’un plan d’échantillonnage optimisé.

Date	4 mai 2016
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Jean-Sébastien Dubé (Directeur(-trice))