Suivi spatio-temporel annuel des écoulements d’eau et de contaminants dans une infrastructure verte expérimentale par imagerie géoélectrique

Luzy, Alexis (2026). Suivi spatio-temporel annuel des écoulements d’eau et de contaminants dans une infrastructure verte expérimentale par imagerie géoélectrique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’intensification des précipitations extrêmes, combinée à l’urbanisation croissante et à l’imperméabilisation des surfaces, exerce une pression accrue sur les systèmes de gestion des eaux pluviales en milieu urbain. Dans ce contexte, les infrastructures vertes (IV) sont de plus en plus déployées afin de réduire les débits de pointe à l’égout et favoriser l’infiltration passive. Toutefois, leurs comportements hydrogéochimiques saisonniers restent peu documentés, notamment en climat froid où les sels de voirie représentent une source importante de contaminants. Cette méconnaissance limite l’optimisation de leur conception et l’évaluation de leur impact sur les infrastructures souterraines et sur les milieux récepteurs.

Ce mémoire présente le suivi des variations de conductivité électrique volumique du sous-sol par tomographie de résistivité électrique en forage et en suivi continu (TL-ERT) dans et autour d’une IV située à Laval (Québec) dans l’objectif d’imager les mécaniques hydrogéochimiques du milieu. Ce dispositif est couplé à une instrumentation classique (piézomètres, sondes de teneur en eau et de température) et à un suivi géochimique et isotopique. Cette approche aide à caractériser les dynamiques d’infiltration sur l’ensemble du profil, là où les méthodes traditionnelles sont plus ponctuelles et plus sensibles à l’hétérogénéité.

Le projet a commencé par la finalisation des piézomètres électriques pour leur installation sur site. Une validation du bon fonctionnement de l’installation a été réalisée lors des premières imageries géoélectriques en avril 2024, permettant le début du suivi continu en automne la même année. Ce suivi a ensuite été automatisé par le déploiement d’un système sur mesure assemblé en interne basé sur le projet OhmPi, qui effectue plusieurs relevés journaliers depuis avril 2025. Le traitement des données repose sur une inversion géophysique incluant une correction des modèles de conductivité pour la température afin de garantir leur comparabilité à long terme. Enfin, l’utilisation de méthodes de regroupement de séries temporelles (TSC) a permis de synthétiser l’intégralité du jeu de données pour identifier des unités hydrogéologiques et aider à bâtir un modèle conceptuel de l’ouvrage sur un cycle saisonnier complet.

Les résultats mettent en évidence des dynamiques saisonnières complexes, fortement influencées par la fonte printanière. Les variations de conductivité électrique observées sont d’abord dictées par les mouvements de chlorures issus des sels de déglaçage, avant d’être principalement régies par les fluctuations de la teneur en eau dès la fin de la période estivale. Cette étude démontre que la TL-ERT en forage, appuyée par le TSC comme outil de synthèse, retranscrit très bien le comportement de l’IV à des échelles inaccessibles par les méthodes classiques.

Titre traduit

Temporal monitoring of geoelectric dynamics associated with water and contaminant flows in green infrastructure using electrical resistivity tomography

Résumé traduit

The intensification of extreme precipitation, combined with increasing urbanization and surface imperviousness, exerts growing pressure on urban stormwater management systems. In this context, Green Infrastructure (GI) are increasingly deployed to reduce peak hydraulic loads and promote passive infiltration. However, their seasonal hydrogeochemical behavior remains poorly documented, particularly in cold climates where the use of de-icing salts represents a significant source of contaminants. This lack of knowledge limits design optimization and the assessment of their impact on subsurface infrastructures and receiving environments.

This thesis presents the monitoring of subsurface geoelectrical dynamics using time-lapse cross-borehole electrical resistivity tomography (TL-ERT) within and around a GI located in Laval (Quebec) aiming to image the hydrogeochemical processes. This geophysical setup is complemented with conventional instrumentation (piezometers, water content and temperature probes) along with geochemical and isotopic monitoring. This approach helps characterize infiltration dynamics across the entire profile, whereas traditional methods provide only point scale information.

The project began with the finalization of electrical piezometers for on-site installation. Validation of the installation’s proper functioning was conducted during the first geoelectrical imaging in april 2024, allowing for the start of continuous monitoring in fall of the same year. This monitoring was subsequently automated through the deployment of a custom system developed in-house based on the OhmPi project, which has been providing multiple daily measurements since April 2025. Data processing is based on geophysical inversion incorporating a temperature correction of the conductivity models to ensure long-term data comparability. Finally, the use of Time Series Clustering (TSC) methods enabled the synthesis of the entire dataset to identify hydrogeological units and assist in building a conceptual model of the infrastructure over a full seasonal cycle.

The results highlight complex seasonal dynamics, strongly influenced by the spring melt. The observed variations in electrical conductivity are initially driven by the movement of chlorides from de-icing salts, before becoming primarily governed by fluctuations in water content starting from late summer onward. This study demonstrates that borehole TL-ERT, supported by TSC as a synthesis tool, accurately captures the behavior of the GI at scales that are inaccessible to conventional methods. This approach could be combined with multiphysics modeling to derive key engineering parameters.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 157-180).
Mots-clés libres:	TL-ERT, hydrogéophysique, infrastructures vertes, classification automatique de séries temporelles
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur(-trice) Dimech, Adrien
Codirecteur:	Codirecteur(-trice) de mémoire/thèse Duhaime, François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	01 juin 2026 14:24
Dernière modification:	01 juin 2026 14:24
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3932

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