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Propriétés de transfert des géomatériaux : détermination in situ de la perméabilité

type de publication      thèse HDR
date de publication 17-11-2006
auteur(s) Lafhaj Zoubeir
jury L. Dormieux; J.M. Fleureau;A. Khelidj; A. Gens; I. Shahrour; J.F. Shao; F. Skoczylas
  
pages 1 – 140
résumé Ce mémoire résume mes activités de recherche menées au sein du Laboratoire de Mécanique de Lille depuis 1998. J’ai participé au développement de trois thèmes : le premier concerne les mesures in situ des perméabilités des sols saturés et partiellement saturés. Le deuxième thème s’intéresse à l’étude des propriétés de transfert des matériaux à matrice cimentaire avec des méthodes in situ ainsi qu’aux corrélations avec les méthodes non destructives. Enfin, le troisième thème concerne la caractérisation, la stabilisation et la valorisation des sédiments et des sols pollués dans les matériaux de Génie Civil. • Le premier thème porte sur l’étude des méthodes de mesures des perméabilités in situ à la fois pour des sols saturés ou partiellement saturés. Nous avons étudié dans un premier temps l’essai Lefranc dans des sols saturés et anisotropes et nous avons proposé une méthode pour l’interprétation de cet essai dans ce type de sols. La méthode proposée s’appuie sur le fait que l’infiltration d’eau lors d’un essai Lefranc dans un sol anisotrope fait principalement intervenir deux paramètres à savoir l’élancement de la cavité et la perméabilité des sols. Dans un second temps, nous avons étudié les écoulements d’eau dans les sols partiellement saturés et ceci en réalisant une campagne expérimentale des mesures de perméabilité et de succion in situ. Pour cela plusieurs dispositifs expérimentaux ont été utilisés (Essai double anneau, essai Guelph et des tensiomètres). Les valeurs de perméabilité, de potentiel hydrique et de succion ont été obtenues pour tout le terrain sondé. Une analyse des résultats obtenus est exposée et les principaux enseignements sont tirés. • Le deuxième thème concerne l’étude des propriétés de transfert dans les matériaux à matrice cimentaire. Ce thème s’inscrit dans le contexte de l’auscultation des ouvrages en béton soumis à des agressions d’origine diverses : mécaniques, thermiques ou chimiques. Les propriétés mesurées sont à la fois celles du matériau (porosité, perméabilité, teneur en eau) et des paramètres de propagation (vitesses, atténuations). Ces derniers présentent une corrélation forte avec les premiers mais ces corrélations ne sont que très partiellement connues, car elles dépendent également de la composition du béton (type, taille et densité de granulats, rapport E/C). Notre démarche consiste en premier lieu à caractériser des matériaux sains et dégradés en adoptant une approche « Milieu Poreux ». Il s’agit de déterminer expérimentalement les propriétés hydrauliques d’un mortier sain et après dégradation. Ensuite, en utilisant des méthodes non destructives, ces mêmes matériaux seront contrôlés. Plusieurs résultats originaux ont été proposés dans le cadre des travaux de thèse encadrée. Parmi ces résultats, nous pouvons citer la mise en place d’un nouvel appareil de mesures de perméabilité in situ pour les milieux poreux. L’étude des paramètres acoustiques sur différents mortiers a montré que la vitesse de propagation d’ondes diminue avec la porosité et la perméabilité et elle augmente avec le degré de saturation. L’atténuation augmente avec la porosité, la perméabilité et le degré de saturation en eau. Enfin, nous avons établi que le rapport entre les vitesses de propagation d’ondes ultrasoniques, la porosité et la perméabilité peut être représenté par une loi linéaire. • Le troisième thème plus applicatif, développé dans le cadre d’une collaboration avec plusieurs industriels, concerne l’étude des sédiments et des sols pollués. Hormis le tonnage très important des sédiments à draguer chaque année en France (50 Mm3/an), un pourcentage important de ces sédiments est pollué. Les polluants dans ces sédiments sont de deux types : les polluants dits organiques et les polluants dits inorganiques. Jusqu’à ces dernières années, le stockage et l’épandage étaient les seules solutions proposées à ces sédiments. Or, ces solutions ne sont plus acceptables car elles ne résolvent en rien le problème posé et ne font que le déplacer dans le temps ou dans l’espace. La démarche scientifique adoptée est donc une approche purement « matériaux » ; les matériaux, sont appréhendés comme « matériau potentiellement valorisable » dans les domaines du Génie Civil. Le travail réalisé consistait en la vérification de l’innocuité environnementale de relarguage des polluants de sédiments fluviaux stabilisés par le procédé Novosol@ et à chercher des pistes de valorisation des ces sédiments une fois stabilisés. Parmi les pistes étudiées nous citons la brique cuite et les matériaux cimentaires. Les résultats de la valorisation des sédiments inertes dans la brique cuite sont détaillés et la faisabilité en laboratoire ainsi que la qualification de la nouvelle brique sont analysés et commentés.
mots clés Proptiétés de transfert, milieus poreux; permeabilité, in situ, geomateriaux
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