Intensification de la recherche dans le Nord grâce au programme Arctique du CNRC

Collaborer pour mettre au point des outils et des technologies pour soutenir le développement durable des régions nordiques et contribuer au mieux-être des populations qui y habitent, avec le souci de préserver l’environnement

C’est une période palpitante pour le programme Arctique du CNRC, qui prend de l’expansion grâce à de nouveaux collaborateurs, de nouveaux sites d’essais pilotes et de nouvelles occasions de recherche qui verront les régions nordiques se développer de façon durable, sans grandes conséquences pour l’environnement, mais en améliorant la qualité de vie de la population locale grâce à des infrastructures appropriées, plus fiables.

« En 2018 et au début de 2019, les activités menées par les chercheurs du programme Arctique du CNRC se sont intensifiées lorsque de nombreux projets sont passés de la phase pilote aux essais pratiques avec l’assistance de divers collaborateurs », a déclaré Anne Barker, responsable du programme. « Il est très gratifiant de voir l’impact de la recherche et de constater que des technologies de pointe peuvent être déployées de manière efficiente dans les communautés nordiques. »

Le programme Arctique a progressé dans quatre axes de recherche : les transports dans le Nord, la sécurité du trafic maritime, l’exploitation des ressources et les infrastructures communautaires.

Transports dans le Nord

Amélioration du modèle de dérive des icebergs

Les icebergs constituent une sérieuse menace pour la navigation et les installations extracôtières, à de nombreux endroits, dans les eaux canadiennes. Pour rendre la navigation, le trafic maritime et les forages extracôtiers plus sûrs, il est indispensable de prévoir la dérive de ces monstrueux blocs de glace. C’est pour cette raison que les chercheurs du CNRC continuent d’améliorer leur modèle de dérive des icebergs en y intégrant les outils de prévision des courants océaniques de dernière génération. Ils étudient également la dérive des icebergs à l’intérieur de la banquise pour maximiser l’utilité de leur modèle pour une diversité de conditions propres à l’Arctique.

Le CNRC a récemment transmis son Modèle de dérive des icebergs à quatre organismes internationaux de surveillance de ces masses flottantes, soit ceux des États-Unis (International Ice Patrol), de la Norvège, du Danemark et de l’Argentine. Ce consortium international coordonne les efforts déployés pour utiliser et améliorer le Modèle de dérive des icebergs afin d’accroître la sécurité de la navigation et des activités extracôtières dans toutes les eaux où la présence d’icebergs est un problème. Le CNRC pilotera un des premiers projets réalisés par le consortium, soit la modernisation du Modèle de dérive des icebergs dans l’objectif de faciliter la collaboration internationale et l’accès rapide grâce au Web à l’ensemble des données de prévision météo dont le modèle a besoin pour fonctionner. En savoir plus sur le modèle de dérive des icebergs.

Renforcement des routes de glace

Le CNRC poursuit ses travaux en vue d’améliorer l’efficacité et la sûreté des routes hivernales utilisées par les collectivités du Nord et les Premières Nations au Canada et de sensibiliser les usagers aux risques qu’elles représentent. Un grand nombre de ces collectivités ainsi que des entreprises minières, forestières et pétrolières et gazières comptent sur les routes saisonnières pour s’approvisionner en biens de première nécessité, briser leur isolement et livrer des marchandises. Certains tronçons de ces routes, appelés routes ou ponts de glace, passent sur des étendues de glace flottante et constituent pour cette raison le maillon faible du transport dans le Nord.

Partout au pays, la durée de vie utile des routes de glace raccourcit, et les probabilités de fermeture à mi-saison augmentent en raison de la hausse des températures, qui nuit à la formation des épaisseurs de glace nécessaires. Le CNRC travaille en collaboration avec Transports Canada, les Relations Couronne-Autochtones et Affaires du Nord Canada et le Collège militaire royal pour trouver des moyens de solidifier ces infrastructures essentielles et accroître la prévisibilité de leur force portante et de leur capacité de charge. De cette façon, on pourra réduire l’épaisseur de la couche de glace nécessaire pour assurer le passage des véhicules et la sécurité des usagers. En savoir plus sur les routes de glace.

Technologies de sécurité maritime

Analyse du Recueil sur la navigation polaire

L’intensification de la navigation dans l’Arctique canadien accroît le risque d’incidents nécessitant des opérations d’évacuation et de sauvetage des équipages. Afin de maximiser le succès des interventions d’urgence, il faut s’assurer que les procédures et l’équipement de sauvetage utilisés dans ces situations conviennent aux rigueurs du climat nordique.

Le Recueil international de règles applicables aux navires exploités dans les eaux polaires (Recueil sur la navigation polaire), renferme de nombreuses recommandations visant à accroître la sécurité des navires qui sillonnent les eaux arctiques. Il reste à savoir si ces recommandations peuvent bel et bien être mises en œuvre. Le CNRC et son partenaire, Aker Arctic, sont à revoir le Recueil sur la navigation polaire et à comparer les recommandations qu’il contient aux résultats d’études menées pour Transports Canada. Les chercheurs s’intéressent aux données sur les temps d’exposition au froid dans des régions arctiques et sur le rendement du matériel de sauvetage utilisé dans ces endroits. Si la recherche démontre que les recommandations du Recueil ne sont pas réalistes, les chercheurs pourront formuler d’autres recommandations convenant mieux à la réalité. En savoir plus sur le Recueil sur la navigation polaire.

Étude des exigences de ventilation des embarcations de sauvetage

Dans les eaux arctiques, l’étanchéité des embarcations de sauvetage fermées accroît de façon considérable les chances de survie lors des opérations de sortie, d’évacuation et de sauvetage. Il reste toutefois beaucoup d’inconnues quant à l’efficacité de ces embarcations en situation réelle. Par exemple, comme les échanges entre l’intérieur et l’extérieur de l’embarcation se font uniquement par des orifices étroits, la concentration de dioxyde de carbone à l’intérieur peut atteindre des niveaux dangereux pour les occupants si le taux de renouvellement de l’air est trop faible.

L’Organisation maritime internationale (OMI) étudie actuellement les facteurs à prendre en compte pour assurer une ventilation appropriée des embarcations de sauvetage. Pour prêter main-forte à l’OMI, les chercheurs du CNRC explorent les études recensées sur le sujet pour en interpréter les résultats et formuler des recommandations qui seront présentées à l’OMI à sa prochaine réunion. Ce projet, qui s’appuie sur des années de recherche menée au Canada, aura des répercussions directes sur la sécurité maritime à l’échelle internationale. En savoir plus sur les exigences de ventilation des embarcations de sauvetage.

Exploitation des ressources

Mise à jour de la base de données sur la mer de Beaufort

Le CNRC collabore avec des entreprises pétrolières et gazières ainsi qu’avec des partenaires de l’administration fédérale au développement d’une base de données techniques géoréférencées, incluant, entre autres, les risques liés à la présence de glace sous forme d’ondins glaciels, de glaces pluriannuelles et d’îles de glaces. Cette base de données commune permettra aux navigateurs, aux pétrolières et aux gazières ainsi qu’à d’autres usagers d’obtenir facilement l’information nécessaire pour prendre des décisions éclairées en présence de surcharge exercée par la glace, planifier des opérations de navigation et de forage en mer et résoudre les défis techniques que représentent les glaces dans la mer de Beaufort.

Le système en question recueille rapidement des données publiques telles que les cartes de présence de glaces, les données des stations météo et les modèles climatiques, en plus de fournir une solution pour le stockage de grands volumes de données utiles sur l’Arctique. Ces données couvrant des décennies de travail risquaient de passer aux oubliettes faute de ressources pour les réunir et les conserver. Nous avons récemment récupéré une base de données géotechniques sur les propriétés du fond de la mer de Beaufort. Ces données, accumulées au fil de deux décennies, s’ajoutent à une collection de données sur des échantillons de glaces appartenant au réseau ArcticNet et prélevées à différentes fins par des étudiants, qui n’avaient encore jamais été classées de manière systématique.

Avec nos partenaires et la Société régionale inuvialuit, nous réfléchissons à la suite qu’il faudra donner à cet ensemble volumineux de données utiles. En savoir plus sur la base de données sur la mer de Beaufort.

Amélioration des prévisions glacielles grâce à l’intelligence artificielle

Les observations et les prévisions des conditions de glace en mer sont vitales pour les communautés et les entreprises du Nord. L’exactitude de ces données est essentielle au transport maritime saisonnier, à l’approvisionnement des collectivités locales durant la saison chaude et à l’exportation des produits des entreprises minières.

Le CNRC travaille à l’élaboration de nouveaux outils mettant à profit l’apprentissage machine, forme d’intelligence artificielle (IA), pour prévoir avec exactitude la prise des glaces en eau salée et la dislocation de la banquise dans des étendues de taille comparable à celles prises en charge par les modèles classiques, mais sur des périodes plus longues, pouvant aller de 10 à 30 jours. Ce projet de recherche servira à produire des prévisions à moyen terme fiables sur les glaces marines pour l’industrie du transport maritime et l’exploitation de la flotte du gouvernement fédéral dans le Nord. Ces prévisions pourront contribuer à assurer la sécurité des opérations en mer, à réduire les risques pour la vie humaine et l’environnement, à améliorer la planification des itinéraires et de la navigation, en plus de réduire la consommation de carburant et d’optimiser les coûts. En savoir plus sur les prévisions glacielles grâce à l’intelligence artificielle.

Essais de la surcharge due à la glace sur les plateformes extracôtières

Le CNRC vient de clore la première étape d’un projet mené en partenariat avec la société Daewoo Shipbuilding Marine Engineering (DSME), une entreprise sud-coréenne de construction navale et de génie maritime. Des essais de différentes conceptions de plateformes pétrolières extracôtières ont été effectués dans différentes conditions afin d’évaluer la surcharge due à la glace, ainsi que la pression et l’accumulation de la glace sur différentes structures. Ces essais permettront d’établir quelle conception offre le meilleur rendement dans les rudes conditions de l’Arctique.

Les chercheurs du CNRC ont conçu et mené des simulations numériques sur quatre conceptions de structures gravitaires. Chacune a été testée dans diverses conditions glacielles (fragments de glace cumulée et glace uniforme) au moyen du code numérique PIC (pour Particle-In-Cell). Ce code a servi à évaluer, à l’aide de simulations en deux ou trois dimensions, la surcharge due à la glace et les défaillances mécaniques des structures dans la mer de Beaufort et la mer Caspienne, ainsi que dans nombre d’autres emplacements dans les eaux canadiennes. Les simulations ont révélé les avantages et les inconvénients de chaque conception dans des eaux recouvertes de glace. Les chercheurs se sont ensuite servis des données d’analyses comparatives pour mesurer les effets induits par les paramètres de conception. La prochaine étape consistera à procéder à une analyse des risques pour les différentes conceptions.

Infrastructure communautaire

Modélisation d’étangs de stabilisation

Les étangs de stabilisation, ou « étangs d’épuration », sont fréquemment utilisés pour traiter les eaux usées dans la plupart des communautés de l’Arctique, car ils peuvent remplir leurs fonctions dans des climats très rigoureux, nécessitent des investissements relativement modestes et sont faciles et peu coûteux à utiliser et à entretenir. Toutefois, comme le traitement des eaux usées dans l’Arctique pose des défis uniques, le CNRC a développé un modèle d’étang de stabilisation conçu expressément pour les conditions nordiques.

Le modèle en question tient compte des circuits de décomposition aérobique et anaérobique de la matière organique ainsi que du caractère périodique des opérations, sans oublier le gel complet ou partiel de l’étang, l’hiver. Le CNRC utilise actuellement ce modèle pour aider la Ville de Yellowknife à planifier à long terme l’exploitation de sa station de traitement des eaux usées à Fiddler’s Lake, notamment pour calculer le rendement de l’étang en tenant compte de la densification de la population prévue et pour respecter les normes de qualité de l’eau en vigueur. Les chercheurs du CNRC collecteront des données sur l’étang de Yellowknife afin de calibrer le modèle. Ils élargiront ensuite les capacités de simulation du modèle pour inclure l’évaluation des concentrations d’ammoniaque, de phosphore et d’efflorescence algale dans l’effluent de l’étang. En savoir plus sur la modélisation d'étangs de stabilisation.

Étude des propriétés techniques de la tourbe

Dans le Nord, les infrastructures construites sur et à proximité du pergélisol sont vulnérables aux défaillances dues aux changements climatiques et aux perturbations anthropiques de la végétation et des couvertures organiques. Les sols instables en dégel risquent de s’effondrer, de se tasser ou de bouger de manière imprévisible, ce qui peut entraîner des dommages aux infrastructures ou des risques pour la santé et la sécurité et avoir une incidence sur l’environnement. Ces sols doivent donc être stabilisés ou autrement protégés contre le dégel.

Les chercheurs du CNRC étudient la possibilité de recourir à des couvertures organiques, comme la mousse de tourbe, pour maintenir le sol à l’état gelé et ralentir le dégel. Ils ont créé des sites expérimentaux afin d’explorer sur le terrain les effets de la mousse sur la température de surface du sol. Ils y ont installé des capteurs de surface, des chaînes de température et des enregistreurs de données afin de mesurer la température initiale et les variations de température à la surface du sol. Les expériences sur le terrain sont couplées à une étude en laboratoire qui permet aux chercheurs d’évaluer les paramètres physiques et thermiques optimaux de la mousse de sphaigne. Ces recherches serviront à évaluer l’efficacité de cette solution pour réduire la dégradation du pergélisol et l’ampleur du dégel saisonnier, ainsi qu’à évaluer les mousses et épaisseurs de la tourbe en fonction des différentes applications techniques.

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