Making Ice Stronger: From the Design of an Aircraft Carrier in WWII to Applications in a Changing Climate

Lawrence Charlebois, Robert Frederking, Thomas Browne

In the proceedings of: GeoSt. John's 2019: 72nd Canadian Geotechnical Conference

Session: Cold Regions Geotechnology

ABSTRACT: It was codenamed a very unusual, top secret, 20th century pursuit of the Allies during World War II. The proposal was to build a strategic floating anti-submarine base, an aircraft carrier, out of ice - UK Prime Minister Churchill endorsed it enthusiastically. It was quickly discovered, however, that the ice would have to be reinforced to have a hope of performing satisfactorily. Large scale tests were initiated in Canada at several western universities, in Montréal, and at the National Research Council of Canada laboratories. The results showed that the strength and creep properties of ice could be substantially improved with various types of reinforcement. Fast-forward to the 21st century and a world grappling with the effects of a changing climate. Current engineering challenges in cold regions include extending the life and capacity of ice roads and stabilizing infrastructure built on thawing foundations of ice-rich soils. Contemporary studies in the fields of ice engineering and geotechnique are discussed, which build upon a historical understanding of reinforced ice behaviour frastructure in a warming world.

RÉSUMÉ: On l'avait baptisé "Habbakuk" : un projet hors du commun, ultra-secret, une entreprise stratégique poursuivie par les Alliés durant la Deuxième Guerre mondiale. Il s'agissait de construire une plate-forme flottante en glace à l'épreuve des sous-marins, qu'on utiliserait comme porte-avions. Ce projet comptait sur le soutien enthousiaste du président du Royaume-Uni, Winston Churchill. Toutefois, on allait rapidement se rendre compte qu'il fallait renforcer la glace pour qu'elle puisse jouer le rôle qu'on s'attendait d'elle. Des essais à grande échelle ont été effectués au Canada dans plusieurs universités canadiennes, à Montréal, de même que dans les laboratoires du Conseil National de la Recherche. Les résultats ont démontré que le renforcement de la glace avec certains matériaux augmentait sa résistance mécanique et améliorait son comportement en fluage. Aujourd'hui, où les changements climatiques font les manchettes, on songe à utiliser le même principe pour allonger la durée de vie utile des chemins de glace et en augmenter la capacité portante. Cette méthode pourrait également servir à stabiliser certaines infrastructures reposant sur une fondation de sol riche en glace, qui a tendance à fondre. Des études récentes en ingénierie de la glace et en géotechnique, discutées dans cet article, ont tiré parti de ces connaissances historiques sur les propriétés mécaniques de la glace renforcée, et génèrent actuellement de nouvelles données servant à la conception, à l'utilisation et à l'adaptation d'importantes infrastructures au Canada aux prises avec le réchauffement climatique.

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