CSA S500:21 Fondations à Thermosiphon de Bâtiments Construits dans des Régions Pergélisolées

En 2014, l’Initiative de normalisation des infrastructures du Nord (ININ) du Conseil canadien des normes a financé l’Association canadienne de normalisation (Groupe CSA) pour l’élaboration d’une norme de conception et de mise en œuvre de fondations à thermosiphon pour soutenir les édifices visés par des conditions changeantes et instables du pergélisol découlant des changements climatiques. Le Nord canadien doit relever plusieurs défis en ce qui concerne l’ingénierie des bâtiments qui doivent être abordés maintenant pour éviter des problèmes plus graves dans l’avenir. Les impacts des changements climatiques nuisent aux infrastructures, notamment le dégel du pergélisol, l’érosion côtière, les températures changeantes et les régimes de précipitation. Étant donné l’inquiétude croissante au sujet des changements climatiques et du réchauffement de la planète, les thermosiphons constituent un moyen de veiller à ce que le sol sous les bâtiments demeure stable et sécuritaire. L’occasion d’utiliser cette technologie, qui a été inventée en Alaska dans les années 1960 et qui est arrivée au Canada dans les années 1970, est bien adaptée pour répondre aux préoccupations (et pour les contrer) touchant la dégradation du pergélisol qui endommage les fondations des bâtiments. Avant cette norme, intitulée CSA 500 – Fondations à thermosiphon de bâtiments construits dans des régions pergélisolées, il n’existait pas de normes nationales pour la conception, la construction et l’entretien des fondations à thermosiphon. La norme est appuyée par un autre guide ciblant le Nord : CSA Plus 4011, Guide technique : Infrastructure dans le pergélisol : lignes directrices pour l’adaptation au changement climatique, qui a été élaboré grâce au financement de l’ININ pour permettre aux concepteurs des régions nordiques de mieux comprendre comment adapter les infrastructures au climat changeant.

Comprendre et évaluer les impacts

En raison du réchauffement des températures causé par les changements climatiques, le pergélisol se réchauffe dans bon nombre de régions et commence à dégeler, entraînant des conditions de sol peu fiables. Dans ces régions, un examen approfondi des conditions actuelles et des conditions prévues est nécessaire pour l’ensemble de la durée de vie des bâtiments. Pour aborder cette question et préserver les fondations dans un pergélisol tiède, la U.S. Army Corps of Engineers en Alaska a mis au point une technologie en 1965 permettant le refroidissement passif au moyen de tuyaux d’échange thermique sous pression. Cette technologie a été développée et mise à l’essai sur le terrain au Canada en 1984 pour permettre la construction de bâtiments directement sur le sol, à l’aide d’une fondation de dalles (installation au sol de dalles de béton pour la fondation). Une étude a été commandée par Travaux publics et services du gouvernement des Territoires du Nord-Ouest afin de déterminer la ou les causes du fonctionnement médiocre des projets de fondations à thermosiphon à boucle plate et d’évaluer la pertinence de cette conception comme système de fondation pour une durée de vie de 50 ans d’un bâtiment reposant sur un pergélisol « tiède » qui est assujetti au réchauffement climatique. L’étude a été entreprise sous l’égide du programme du Comité sur la vulnérabilité de l’ingénierie des infrastructures publiques (CVIIP). L’étude est gérée par Ingénieurs Canada et préparée par I. Holubec Consulting Inc. L’étude a révélé que le fonctionnement médiocre des quelques bâtiments qui reposent sur une fondation à thermosiphon est lié :

  1. à une mauvaise conception ou construction des coussins granulaires sur lesquels les tuyaux du thermosiphon à évaporateur se trouvent;
  2. à des détails de construction inadéquats, au calendrier de construction et
  3. à la conception inadéquate de l’isolation. Un accent est mis sur la nécessité d’avoir des lignes directrices sur les fondations à thermosiphon qui abordent la conception, la construction et la surveillance des aspects suivants : coussin granulaire, contrôle de l’eau en surface et de l’eau souterraine, système de thermosiphon, services intégrés dans les fondations à dalles sur le sol, instrumentation et surveillance.

Déterminer les actions

Le besoin manifeste pour des lignes directrices sur les fondations à thermosiphon a mené les responsables de l’ININ du Conseil canadien des normes à travailler avec les parties prenantes du Nord pour établir une série de besoins visant une nouvelle norme sur les thermosiphons. Ils ont ensuite financé le Groupe CSA pour élaborer la nouvelle norme, avec l’aide des experts en construction des régions nordiques. Établie en 2011, l’ININ est une initiative qui travaille avec les communautés, les organisations responsables de l’élaboration de normes et les experts, surtout dans le Nord du Canada, pour appuyer l’élaboration de normes qui peuvent efficacement aborder les impacts des changements climatiques touchant la conception, la planification et la gestion des infrastructures nordiques. Chaque norme aide les propriétaires et les exploitants de bâtiments, ainsi que les personnes responsables des infrastructures publiques et communautaires, à construire et à entretenir les infrastructures dans le contexte d’un climat changeant. L’ININ est dirigée par un Comité consultatif nordique (CCN) qui se compose de représentants provenant de chacun des territoires qui ont un rôle à jouer dans les infrastructures communautaires et publiques. Cette norme a été élaborée par le Groupe CSA – sous la direction du sous-comité des Fondations à thermosiphon de bâtiments construits dans des régions pergélisolées relevant du Comité technique sur les infrastructures bâties du Nord. Le sous-comité et le comité technique se composent de représentants du gouvernement et d’universités ainsi que d’ingénieurs et de consultants. Le CCN a décrit le besoin pour cette norme. Par la suite, le Conseil canadien des normes a travaillé avec le CCN et avec d’autres parties prenantes pour élaborer une « liste de souhaits » pour la nouvelle norme. L’élaboration de normes nationales du Canada (NNC) fait appel aux pratiques exemplaires internationales d’élaboration de normes et protège les intérêts de la population canadienne. Les étapes du processus d’élaboration de NNC comprennent les suivantes :

  • Établissement du besoin la norme.
  • Examen des normes existantes.
  • Participation des parties prenantes concernées.
  • Avis au public au début du projet.
  • Élaboration de la norme (par des experts techniques).
  • Consultation publique sur la norme proposée.
  • Disposition des commentaires et révisions, comme le détermine le comité technique.
  • Vote et approbation par le comité technique de NNC.
  • Publication rapide.
  • Maintenance de la NNC.

Le cycle de maintenance des NNC signifie que tous les cinq ans, la norme doit être mise à jour, confirmée sans mise à jour ou retirée. Par conséquent, les normes sont continuellement révisées pour y inclure les plus récentes connaissances et technologies, faisant en sorte qu’elles soient de puissants outils pour les communautés du Nord.

Mise en oeuvre

La norme CSA S500:14 Fondations à thermosiphon de bâtiments construits dans des régions pergélisolées a été élaborée conformément aux exigences du Conseil canadien des normes pour Norme nationale du Canada et elle a été publiée à titre de norme nationale du Canada par le Groupe CSA en 2014, puis mise à jour dans le cadre de la nouvelle édition de 2021. Cette norme présente les exigences pour toutes les phases du cycle de vie des fondations à thermosiphon pour les nouveaux bâtiments reposant sur un pergélisol, y compris les phases de caractérisation du site, de conception, d’installation et de mise en service ainsi que les phases de surveillance et d’entretien. Cela vise à assurer le rendement à long terme des systèmes de fondations à thermosiphon dans le contexte des conditions environnementales changeantes attribuables aux changements climatiques. Voici les objectifs de cette norme :

  1. Préciser les attentes en matière de rendement des fondations à thermosiphon, de même que les exigences de surveillance nécessaires pour soutenir un programme d’entretien approprié.
  2. Préciser les matériaux à utiliser pour les fondations à thermosiphon.
  3. Favoriser la sensibilisation et la compréhension de l’application de la technologie, avec un accent sur les facteurs qui pourraient compromettre la fonctionnalité des systèmes de fondation qui dépendent des thermosiphons.
  4. Décrire les phases typiques du cycle de vie des fondations à thermosiphon pour les bâtiments reposant sur un pergélisol, y compris les phases de conception, d’installation, de mise en service, de surveillance et d’entretien.
  5. Offrir des conseils pour maximiser la viabilité à long terme des systèmes de fondation à thermosiphon dans le contexte de conditions environnementales changeantes.

Cette norme s’applique aux nouveaux bâtiments sur des sites de pergélisol. Elle n’est pas conçue pour offrir des conseils pour la sélection initiale du type de fondation le plus approprié pour une structure en particulier sur un site de pergélisol. On suppose qu’un examen approfondi des autres types de systèmes de fondation a été réalisé et que le site a été classé comme étant potentiellement instable au dégel.

Exclusion – cette norme ne couvre pas les points suivants :

  • L’abandon ou la démolition des bâtiments sur des fondations à thermosiphon.
  • Les thermosiphons dans des régions non pergélisolées ou travaux d’amélioration sur des thermosiphons de bâtiments existants.
  • Les thermosiphons utilisés pour des infrastructures autres que des bâtiments.

Cependant, des aspects de la norme pourraient être utiles pour ces applications.

Résultats et suivi des progrès

La première édition de la norme CSA S500 pourrait être citée dans l’édition du Code du bâtiment du Canada de 2020 (à confirmer suivant la publication plus tard cette année). Elle a aussi été citée dans le guide Construction d’habitations au Nunavik : guide de bonnes pratiques de la Société d’Habitation du Québec, ainsi que dans les exigences du document Pratiques exemplaires de construction d’installations nordiques des Territoires du Nord-Ouest.

L’Arctic Foundations of Canada Inc., le fabricant de thermosiphons au Canada, s’est assurée que la norme CSA S500:14 (la première édition) a été respectée lors de toutes les constructions d’installations réalisées depuis 2014 (le respect est spécifique à sa partie du travail, p. ex., examen final, modélisation, conception, fabrication et installation).

De plus, la première édition de cette norme est citée dans la norme CSA S6:19 – Code canadien sur le calcul des ponts routiers, dans la norme CSA S6:19 – Commentaires sur le Code canadien sur le calcul des ponts routiers et dans le Manuel de conception de normes du gouvernement du Yukon. La norme a été utilisée dans le cadre des projets suivants :

  • Expansion du Centre de guérison correctionnelle de Qikiqtani – Iqaluit, NU
  • Caserne de pompier d’Arctic Bay – Arctic Bay, NU
  • Caserne de pompier de Kugaaruk – Kugaaruk, NU
  • Garage d’entretien de l’aéroport de Rankin Inlet – Rankin Inlet, NU
  • École secondaire d’Igloolik – Igloolik, NU
  • Logements Tununuk (thermopiles) – Inuvik, NT

Prochaine(s) étape(s)

La norme CSA 500:21 Fondations à thermosiphon de bâtiments construits dans des régions pergélisolées a été mise à jour en 2021 pour inclure de nouveaux renseignements sur les changements climatiques, clarifier la discussion sur l’analyse thermique et les distinctions ainsi que les considérations d’ingénierie entre les divers types de thermosiphons. La norme peut être téléchargée sans frais.

Les changements climatiques continuent d’avoir des répercussions sur les communautés nordiques et celles-ci ont besoin d’outils pour s’adapter. À ce jour, treize normes et guides techniques ont été financés par l’ININ pour construire sur un pergélisol, composer avec les conditions météorologiques extrêmes (comme les vents forts), concevoir en tenant compte des changements climatiques et des risques connexes et appuyer la conception de systèmes communautaires, comme des sites de déchets solides et des systèmes de drainage.

L’ININ offre des solutions pratiques sur le terrain qui sont rédigées par des experts et spécialement conçues pour le Nord. Les normes ont été rédigées pour reconnaître l’isolement géographique, la rude nature de la région sur le plan climatique et le besoin en matière d’efficacité et de résilience.

Dès que les normes sont publiées, le Conseil canadien des normes travaille avec ses partenaires de projet pour offrir une formation en classe gratuite, des guides faciles à comprendre et des modules de formation en ligne, notamment des webinaires pour présenter les normes aux résidents du Nord.

Ressources

Lien vers l’étude de cas complète