ECOLE DES MINES DE DOUAI ______________

ARMENTI (Yannick) BRUANT (Etienne)

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Promotion 2011 Année Scolaire 2007-2008

« Etude de marché des produits de traitement pulvérulents pour l’amélioration des sols »

- 2 -

- 3 -

REMERCIEMENTS _______________

Notre remercions tout particulièrement Denis DAMIDOT, notre parrain de cette étude bibliographique. Ce sujet qu’il nous a proposé nous a permis de découvrir une technique peu connue du grand public, mais pourtant très importante dans le domaine du génie civil. Les informations qu’il nous a données et ses conseils nous ont été très bénéfiques dans la réalisation de ce travail.

- 4 -

- 5 -

SOMMAIRE _______________

REMERCIEMENTS ................................................................................................................... - 3 - SOMMAIRE ............................................................................................................................. - 5 - RESUME .................................................................................................................................. - 7 - ABSTRACT ............................................................................................................................... - 9 - INTRODUCTION .................................................................................................................... - 11 - I) Principes et techniques utilisées pour traiter les sols....................................................... - 13 -

1. Généralités et Objectifs des traitements ..................................................................... - 13 - 2. Présentation des différents types de sols .................................................................... - 14 -

2.1. Les outils qui permettent de caractériser les sols ............................................. - 14 - 2.1.1. L’argilosité : Ip et VBS ....................................................................................... - 14 - 2.1.2. La granularité: Dmax et Cu ................................................................................ - 14 - 2.1.3. Teneur en composants chimiques : ............................................................... - 15 - 2.1.4. Etat hydrique .................................................................................................. - 15 - 2.1.5. L’essai Proctor ................................................................................................ - 15 - 2.2 Caractéristiques des sols .................................................................................... - 16 -

3. Les différents types de produits pulvérulents.............................................................. - 17 - 3.1. La chaux ............................................................................................................ - 17 - 3.2. Les liants hydrauliques ...................................................................................... - 17 - 3.3. Modifications des caractéristiques par le traitement ....................................... - 18 -

4. Quel(s) traitement(s) choisir ?...................................................................................... - 22 - 5. Technique de traitements & Matériels de traitement ................................................. - 23 -

5.1. Technique de traitement ................................................................................... - 23 - 5.1.1. Epandage ........................................................................................................ - 23 - 5.1.2. Malaxage ........................................................................................................ - 24 - 5.1.3. Compactage .................................................................................................... - 24 - 5.1.4. Réglage ........................................................................................................... - 25 - 5.1.5. Protection du matériau traité ........................................................................ - 25 - 5.2.1. Matériels de stockage .................................................................................... - 25 - 5.2.2. Épandeurs ....................................................................................................... - 25 - 5.2.3. Malaxeurs ....................................................................................................... - 26 - 5.2.4. Arroseuses ...................................................................................................... - 26 - 5.2.5. Compacteurs .................................................................................................. - 27 -

- 6 -

II) Etude comparative des principaux produits .................................................................... - 29 -

1. Les Normes de références ............................................................................................ - 29 - 2. Les études préalables ................................................................................................... - 29 -

2.1 Principes et outils d’une étude de formulation ................................................. - 29 - 3. Etude de marché des produits ..................................................................................... - 36 -

3.1 Comparaison générale des fabricants et de leur gamme de produits ............... - 36 - 3.2 Les liants hydrauliques du marché et leurs spécificités : ................................... - 37 - 3.2.1 Tableau de présentation et critères de comparaison ..................................... - 37 - 3.2.2 Les produits spécifiques de chaque fabricant ................................................. - 38 - 3.2.3 Les différents composants et ajouts et leurs caractéristiques ....................... - 39 - 3.2 Etude d’un produit spécifique : le Roc SOL de Holcim ....................................... - 39 -

4. Exemples de chantiers ................................................................................................. - 40 - 4.1. Gaël : un traitement en place au liant hydraulique routier .............................. - 40 - 4.2. Le Pas-de-l’Eyraud (Dordogne) : modernisation de la RD 709 .......................... - 41 -

III) Limites de ces traitements et recherches actuelles ........................................................ - 43 -

1. Les problèmes et limites de l’utilisation de ces solutions de traitement .................... - 43 - 1.1 Le froid, le gel ..................................................................................................... - 43 - 1.2 La présence d’éléments néfastes à la prise hydraulique ................................. - 44 - 1.2.1 Les sulfates ...................................................................................................... - 44 - 1.2.2 Les matières organiques ................................................................................. - 44 - 1.3 Le problème du climat par rapport à la cinétique de durcissement ................. - 45 - 1.4 Les émissions de poussières .............................................................................. - 45 -

2. Les nouveaux produits entrant dans la composition des liants ................................... - 45 - 2.1 Les cendres volantes .......................................................................................... - 45 - 2.2 Le ciment de verre .............................................................................................. - 46 - 2.3 Les déchets industriels ....................................................................................... - 47 - 2.4 Mélange chaux-fibres de polypropylène et laitiers moulus associés à la chaux - 48 - 2.5 Poudre de diabase associé à du ciment ............................................................. - 48 -

3. Autres méthodes nouvelles et recherches................................................................... - 49 - 3.1 Autres matériaux présents dans les programmes de recherche ....................... - 49 - 3.2 Les différentes orientations de la recherche dans ce domaine [16] ................. - 49 -

4. Les techniques de traitements à l’étranger ................................................................. - 50 - 4.1 Traitement à la chaux aux Etats Unis ................................................................. - 50 - 3.2 Traitement des sols argileux en Hollande .......................................................... - 51 -

5. Un usage différent de ces produits : le retraitement .................................................. - 51 - CONCLUSION ........................................................................................................................ - 53 - REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ........................................................................................ - 54 - ANNEXES ............................................................................................................................... - 57 -

- 7 -

RESUME _______________

Le traitement des sols à l’aide de produits pulvérulents permet la réalisation des remblais et des couches de forme. Ce type de traitement nécessite de bien connaitre le matériau que l’on souhaite traiter. C’est pourquoi une classification des sols a été conçue selon certains paramètres comme l’argilosité, la granularité, la teneur en composants chimiques ou encore l’état hydrique. La chaux et les liants hydrauliques sont les principaux éléments de ce traitement, et les caractéristiques géotechniques du matériau modifiées sont différentes. De plus, les opérations de traitement tels l’épandage, le malaxage, ou encore le compactage sont précisément définies et le matériel utilisé est varié. L’étude de formulation constitue l’élément majeur d’un processus de traitement. En effet les trois plus importants fabricants de liant que sont Calcia, Lafarge et Holcim proposent des gammes de produits sensiblement identiques. Ils sont basés sur les mêmes normes du marché et des ajouts similaires : cendres volantes, laitier... Ainsi le meilleur traitement est celui qui met en bonne adéquation le liant, le matériau et le dosage choisi. De plus, cette solution offrant de nombreux avantages économiques pour un chantier, est en train de se développer fortement. Cependant cette solution peut rencontrer certains problèmes notamment lorsque le matériau est composé d’éléments tels que les sulfates ou des matières organiques, empêchant la prise hydraulique. C’est pourquoi de nombreuses recherches sont actuellement réalisées en France et à l’étranger. Elles sont orientées vers l’étude de nouveau type d’ajouts dans les liants avec comme objectifs de déterminer une gamme de produits plus importante, et donc répondant mieux aux spécificités de chaque chantier.

____________________________________________________

MOTS – MATIERES

- Traitement - Gamme de produits - Sol - Caractéristique mécanique

- Liant hydraulique - Couches de formes

- Chaux - Recyclage des matériaux

- 8 -

-

- 9 -

ABSTRACT _______________

Soil treatment by pulverulent products allows the achievement of embankments and soil subgrade. This kind of treatment requires to be acquainted with the material they want to treat. That is why a soil classification has been composed according to some parameters like clay and aggregate properties, chemical components content or water potential. Lime and hydraulic binders are the main elements in this treatment, and geotechnic modified features of the material are different from each other. Moreover, treatment processes such as manuring, blending, or compaction are exactly defined and equipments are diversified. Market research makes up the most important element from a treatment process. Indeed, the three most important binders’ manufacturers who are Calcia, Lafarge and Holcim offer a range of products approximately similar. They are all based on the same manufacturing standards with the same addiction: flying ashes, dairy... Then, the finest treatment is one in which the binder, the material and the correct proportioning are chosen at best. Additionally, this solution offers many economic advantages for a building site, for this reason it is skyrocketing. Nevertheless, this solution may strike with problems notably when the material is formed by elements like sulfates or organic matter, which prevent water setting. For this reason, many researches are currently made all around the world. They are directed towards the discovery of new types of addicts in binders while establishing a variety of products more important than today and so answering to each specificity of every different building site.

___________________________________________________________

KEYWORDS

- Treatment - Range of products - Soil - Mechanics features

- Hydraulic binder - Soil subgrade

- Lime - Recycled materials

- 10 -

- 11 -

INTRODUCTION _______________

Le traitement des sols en place à la chaux, au ciment ou au liant hydraulique routier LHR est une technique éprouvée et tout à fait maîtrisée, qui connait un grand développement depuis une vingtaine d’années mais dont on peut observer une approche dès l’Antiquité. Ce développement est dû principalement à deux phénomènes. Le premier est relatif à des besoins économiques ainsi qu’à une préoccupation écologique grandissante. En effet, tandis que les tracés géométriques des projets routiers deviennent de plus en plus complexes, sollicitant de larges mouvements de terre dans des sols parfois difficilement réutilisables, les gisements naturels de matériaux nobles, diversement répartis, s’amenuisent. Il est donc impératif d’épargner les ressources existantes, d’autant plus que leur coût de transport est élevé. Ajouté à ces impératifs économiques, son avantage actuel prend en compte l’amélioration du cadre de vie ainsi que la protection de l’environnement. Le second phénomène repose sur les progrès technologiques réalisés ces dernières années par les matériels de traitement. Les conditions matérielles d’expériences réalisées en France dans les années 1960 sont à ce jour dépassées. De nombreuses améliorations ont été apportées aux matériels d’épandage et de malaxage, qui sont maintenant très diversifiés tant en soi qu’en lieux de traitements. Les rendements sont dès lors importants et de qualité. Aujourd’hui la technique du traitement aux liants hydrauliques s’étend à un nombre de plus en plus élevé de sols : limons, argiles, marnes, matériaux sableux, sableux-graveleux et graveleux, etc.… Ce travail de présentation résume tout d’abord toutes les informations qui permettent de décrire les avantages du traitement en général et de caractériser les différents types de sols. Nous nous intéresserons ensuite aux différents produits existant sur le marché pour les comparer et tenter de les classer, puis nous exposerons les problèmes et les limites actuelles des différents traitements possibles.

- 12 -

- 13 -

I) Principes et techniques utilisées pour traiter les sols

1. Généralités et Objectifs des traitements [1] [3] Le traitement avec un liant cherche à modifier l’état d’un sol en lui faisant acquérir des propriétés nouvelles. Pour ce faire, on mélange le liant au sol, avec éventuellement de l’eau jusqu’à l’obtention un matériau homogène. Il s’agit d’un traitement qui utilise les affinités chimiques du sol et du liant, par opposition au traitement mécanique, qui peut être appliqué en parallèle au premier. Ce traitement pour l’exécution des remblais et des couches de forme, tend à rendre utilisable un sol dont les caractéristiques requises pour servir sans préparation sont inexistantes. Ces sols sont ensuite aptes à supporter une assise de chaussée, de parking ou de plate-forme. Le traitement a deux raisons d’être. En effet, il doit améliorer des sols trop humides, qu’il s’agisse du sol en place pour permettre le déroulement du chantier ou de sols à réutiliser en remblai; ou réaliser des plates-formes rigides et stables aux intempéries pour la circulation de chantier et la mise en œuvre de la fondation. L’optique du traitement est différente selon le cas. Premièrement, on cherche un effet rapide et de niveau suffisant pour faciliter la circulation des engins et la mise en œuvre, mais sans pour autant chercher à acquérir des performances mécaniques plus élevées par la suite. Dans le second cas, on recherche une résistance mécanique pour la plate-forme. Le choix du protocole est alors étudié pour obtenir un matériau relativement intéressant par rapport à l’initial. Le traitement des sols en place à la chaux et/ou au ciment ou au liant hydraulique routier (LHR) est une technique qui offre trois types d’avantages : techniques, économiques, écologiques / environnementaux.

Avantages techniques Le traitement des sols en place à la chaux et/ou au liant hydraulique permet la réalisation en remblais et en couches de forme, d’une couche traitée homogène, stable et durable, qui détient des caractéristiques mécaniques comparables à celles d’une grave-ciment ou grave hydraulique. De plus, grâce à la rigidité du nouveau matériau, cette technique assure une bonne répartition des charges sur le support. Généralement, elle assure un bon comportement par temps chaud. Il n’y a ni déformation, ni orniérage et la structure se comporte bien vis-à-vis des cycles de gel-dégel, grâce à sa rigidité et à l’effet de dalle induit. Enfin, ce type de traitement est une technique dont la facilité d’adaptation aux contraintes d’exploitation reste des plus faciles.

Avantages économiques Le traitement des sols en place à la chaux et/ou au liant hydraulique est une technique de traitement à froid, donc utilisant peu d’énergie. La réutilisation des matériaux en place est un facteur d’économie important puisqu’il réduit au minimum les déblais issus du décaissement, la mise en décharge, l’apport de granulats et le coût des différents transports. L’absence de transport de granulats ou des déblais en décharge contribue à la préservation du réseau routier situé au voisinage du chantier. Enfin, c’est une technique très économique, notamment par sa durée plus courte par rapport à une solution avec décaissement.

- 14 -

Avantages écologiques et environnementaux Puisqu’il est réalisé à froid, ce traitement réduit considérablement la pollution et le rejet de vapeurs nocives dans l’atmosphère. Aussi, il permet une importante économie d’énergie globale, par la diminution des matériaux à transporter, des matériaux à mettre en décharge et donc une diminution des impacts indirects, des gênes à l’usager et aux riverains ainsi qu’une faible détérioration du réseau routier adjacent au chantier. La réutilisation des matériaux en place limite l’exploitation des gisements de granulats carrières, ballastières), ressources naturelles non renouvelables. Ce qui contribue à préserver l’environnement.

2. Présentation des différents types de sols [1] [3] [4]

2.1. Les outils qui permettent de caractériser les sols

2.1.1. L’argilosité : Ip et VBS

L’argilosité intervient dans le type d’application à envisager, dans le choix du produit de traitement et dans les conditions de réalisation du mélange. À première vue, on peut considérer que plus l’argilosité est élevée, plus la chaux s’impose au choix des liants hydrauliques. L’argilosité s’exprime par l’indice de plasticité Ip ou par la valeur au bleu de méthylène du sol VBS. - l’Ip : c’est le paramètre le plus couramment utilisé pour caractériser l’argilosité des sols. Il doit être précisé par la valeur du tamisat à 80 μm (voir plus bas) pour pouvoir être le plus exploitable possible. Il définit l’intervalle de teneur en eau dans lequel le sol reste souple et déformable tout en conservant une certaine résistance au cisaillement. - la valeur VBS : c’est un autre paramètre, plus récent que l’IP , qui représente la quantité de bleu de méthylène pouvant s’adsorber sur les surfaces externes et internes des particules du sol.

2.1.2. La granularité: Dmax et Cu

Dans le sol, les grains peuvent être de dimensions variables : des argiles jusques aux blocs. La granularité est déterminée par l’analyse granulométrique et plus particulièrement par le Dmax, le tamisat à 80 μm, et le coefficient d’uniformité Cu. -Le Dmax: c’est la dimension maximale des plus gros éléments contenus dans le sol. Ce paramètre est déterminé pour préjuger des ateliers de terrassements utilisables et notamment pour évaluer l’épaisseur des couches élémentaires et les conditions de mélange éventuel avec un liant. C’est également un paramètre important à connaître pour apprécier la validité des essais de laboratoire. Toutefois sa détermination peut tolérer une certaine imprécision et généralement, une estimation visuelle est suffisante. -Le tamisat à 80 μm : cette caractéristique qui exprime la finesse du matériau oriente en grande partie le choix du produit du traitement, et permet d’évaluer la sensibilité en eau du sol ; le tamisat à 80 μm est aussi appelée teneur en fines. Le tamisat à 2 mm permet lui, de séparer les sols à tendance sableuse d’une tendance graveleuse. -Le coefficient d’uniformité Cu : cette caractéristique fournit, dans le cas des matériaux possédant des granulats, une information qualitative sur les valeurs des dosages qui seront nécessaires pour atteindre le niveau de résistance visé. En effet, lorsque tous les autres paramètres sont fixés, plus ce coefficient est faible, c'est-à-dire plus la granularité du matériau est homométrique (éléments de taille similaire), plus faible sera la masse volumique apparente pouvant être atteinte et donc plus importante devra être la quantité de produit de traitement à prévoir pour atteindre le niveau de performance visé.

- 15 -

2.1.3. Teneur en composants chimiques : Les teneurs en constituants chimiques particuliers, comme les matières organiques, les phosphates et les nitrates, les chlorures, les sulfates et les sulfures peuvent être nuisibles ou empêcher la stabilisation du sol. Les sols ou argiles peuvent contenir des matières organiques surtout présentes en surface. Celles-ci consomment énormément de produit de traitement (éléments beaucoup plus réactifs que les éléments « classiques » du sol) et diminuent l’acidité du milieu, la quantité de produit est dès lors perdue pour le traitement à proprement dit. Les phosphates et les nitrates inhibent ou retardent également la prise hydraulique ; cependant leur présence est rare. Les chlorures, eux, sont des accélérateurs de prise, avec possibilité de gonflement par création de chloro-aluminates. On confirme ou non la réalisation du traitement par une étude de la cinétique de prise. Quant aux sulfates et sulfures, ce sont les éléments les plus présents dans les sols. Ce sont les plus nuisibles pour le traitement, puisque même avec une teneur d’environ 1%, le traitement devient inefficace. Ils sont bénéfiques en tant que régulateur de prise au commencement du traitement, mais peuvent détruire la prise par la suite (formation d’ettringite, qui possède la propriété de gonfler facilement) si certaines conditions sont satisfaites. Une solution peut être un prétraitement à la chaux bien avant le traitement principal.

2.1.4. Etat hydrique L’ajustement de l’état hydrique (soit humidifier le sol par arrosage, soit l’assécher par aération) est important afin de préparer le sol au traitement. Il est très important pour le déroulement de l’ensemble du processus de traitement. Il influe sur le choix des produits de traitement, leur dosage, leur prise et sur les conditions de mise en œuvre. On le détermine par l’une ou l’autre des valeurs suivantes : - le rapport WN/WOPN (normes NF P94-078, pour les états « très secs » à « moyens » - l’indice portant immédiat IPI (norme NF P94-078), pour les états « humide » et « très humide » ; - l’indice de consistance IC : il situe la teneur en eau naturelle du sol WN par rapport à ses limites d’Atterberg (WL et WP) (normes NF P94-050, NF P94-051). Il permet de caractériser l’ensemble des états hydriques mais son interprétation se limite à des sols répondant à des caractéristiques précises ( Ip>12 par exemple). IC = (WL – WN) / (WL – WP)

2.1.5. L’essai Proctor

Comme l’explique M. VENUAT dans « le traitement des sols » p.205, la densité apparente d’un sol dépend de la nature de celui-ci, de la teneur en eau, de l’énergie de compactage. Le compactage permet d’améliorer les caractéristiques mécaniques d’un sol en resserrant sa texture et en réduisant ses déformations. L’essai Proctor part du principe qu’il existe une seule teneur en eau correspondant à la densité maximale. En effet s’il y a trop d’eau les grains glissent entre eux et absorbent une partie de l’énergie de compactage, et s’il n’y a pas assez d’eau la lubrification entre les grains n’est pas assurée. Il est utilisé pour étudier l'influence de la teneur en eau d'un échantillon de sol par rapport au poids volumique sec de cet échantillon soumis à une énergie de compactage déterminée. On en déduit une relation expérimentale entre la densité sèche du sol étudié et sa teneur en eau.

- 16 -

Le principe consiste à compacter avec une énergie définie un échantillon de sol remanié dans un moule normalisé et à mesurer le poids volumique sec obtenu. L'essai est recommencé pour différentes teneurs en eau. Il existe deux types d'essai d'usage courant : l'essai Proctor Normal et l'essai Proctor Modifié Les résultats se présentent sous la forme d'une courbe dont en abscisse : la teneur en eau et en ordonnée : la densité sèche. Cette courbe a un maximum dit "Optimum Proctor" normal ou modifié selon la nature de l'essai. Ce maximum définit la teneur en eau optimale et la densité sèche maximale. Ainsi même si ces valeurs peuvent être utilisées pour valider la qualité d’un compactage sur un chantier, elles sont surtout utilisées lors de l’étude de formulation pour définir les modifications à apporter au sol permettant de passer de son état naturel à son état optimal de mise en œuvre. L'essai Proctor Modifié se fait sur des matériaux destinés à la réalisation des couches de chaussée et prend en compte un poids plus important des engins de chantiers.

2.2 Caractéristiques des sols Toutes ces caractéristiques ont permis aux experts de classer les sols en différentes classes et sous classes (Ai, Bi, Ci, Di, et R, i indice de sous classe) résumées dans ce tableau, et décrites scrupuleusement dans le fascicule 1 de la « Réalisation des remblais et des couches de formes ».

- 17 -

3. Les différents types de produits pulvérulents [2] [3] [9]

Dès l’antiquité, on combinait déjà les matériaux à base de silice avec de la chaux pour obtenir une pâte qui faisait prise, la réaction était (est) dite pouzzolanique. Aujourd’hui, lorsque l’on souhaite traiter un sol, on le fait soit à la chaux, soit au ciment ou au liant hydraulique routier, ou bien en les associant. En effet, chaque composant est complémentaire à l’autre sans compter que leur dosage diffère.

3.1. La chaux La chaux est obtenue par décarbonatation du calcaire à 900°C suivant la réaction : CO3Ca + 50 Kcal -> CaO + CO2 Dès lors, selon la constitution chimique de la roche d’origine et sa pureté, on peut aboutir à plusieurs sortes de chaux. Un calcaire pur donne une chaux dite aérienne qui est calcique si elle contient de l’oxyde de calcium, elle sera dite magnésienne si elle renferme de l’oxyde de magnésium. Ces chaux peuvent être vives, ou éteintes c’est à dire déshydratées. La chaux aérienne calcique ou éteinte est parfois appelée « chaux grasse ». Elle peut se présenter sous différentes formes : roche ou poudre pour la chaux vive ; poudre, suspension dans l’eau (lait de chaux) ou pâte pour la chaux hydratée. Décarbonatation, hydratation, re-carbonatation…Le cycle de vie de ce matériau lui vaut sa désignation d’aérienne. En effet, à température habituelle, l’absorption de gaz carbonique après hydratation permet à la chaux de revenir à l’état calcaire initial. Enfin car il est naturel, affluent et polyvalent, en plus de ses propriétés physico-chimiques (basicité, surface spécifique, réactivité etc.), la chaux est toujours utilisée dans de nombreux secteurs comme l’agriculture, la chimie, l’industrie du verre, sans oublier la construction : traitements de sols, traitements de coproduits, traitements de granulats en carrières, ou dans les travaux souterrains car c’est aussi un activateur de prise. Enfin on la retrouve dans les chantiers de dépollution des sols et le conditionnement des boues.

3.2. Les liants hydrauliques Les liants hydrauliques sont fabriqués en cimenterie et obtenus principalement par broyage ou mélange de différents matériaux tels le clinker de ciment, le laitier vitrifié de haut fourneau et/ou de cendres volantes et d'un catalyseur / activant de prise. Les liants hydrauliques sont des produits qui, au contact de l’eau, s'hydratent en donnant naissance à des espèces cristallines non solubles qui rassemblent et maintiennent les éléments granulaires du sol. Cette réaction, appelée prise hydraulique, confère au sol une cohésion permanente qui dépend de la nature du matériau, du type de liant, de la quantité introduite, de la compacité initiale du sol, de la température du milieu et de l’âge du mélange. Ce sont des mélanges qui sont composés de produits très variés, en proportion variables :

- des matériaux hydrauliques faisant prise au contact d’eau: clinker Portland, cendres

volantes, etc.

- des matériaux pouzzolaniques faisant prise en présence d’eau à pH élevé (pH>12) comme les laitiers de hauts-fourneaux, les cendres volantes à base de silice ou d’aluminium, ou les pouzzolanes naturelles (la pouzzolane est une roche volcanique possédant de bonnes qualités d’isolation thermique),

- 18 -

- si nécessaire, un ou plusieurs activants dont le rôle est l’élévation du pH du milieu

pour déclencher ou accélérer la prise hydraulique des matériaux pouzzolaniques,

- différents ajouts éventuels destinés à conférer aux liants des propriétés spécifiques comme par exemple la cinétique de prise.

Les liants hydrauliques concernés par la technique du traitement des sols sont respectivement les ciments et les liants spéciaux routiers. Les ciments sont des liants hydrauliques dont les caractéristiques sont conformes à des normes établies, pour la plupart de longue date, sur la base d’une grande expérience. Cela apporte une garantie notable sur leurs propriétés et leur homogénéité.

3.3. Modifications des caractéristiques par le traitement

La chaux Les sols fins, formés d’argiles et de limons, ont de propriétés routières insuffisantes. Ils gonflent et deviennent plastiques au contact d’eau, se contractent avec la sécheresse, ou encore foisonnent sous l’effet du gel. Ils n’ont donc aucune stabilité face aux variations climatiques. Ils peuvent ainsi se trouver, soit dès l’extraction, soit à la suite d’intempéries, à un degré de consistance tel que la circulation des engins devienne difficile, voire impossible, ce qui à pour conséquence de rendre leur utilisation délicate. Compte tenu de ses propriétés, la chaux modifie de façon sensible le comportement des sols fins argileux ou limoneux. La chaux agit de manière immédiate et mais agit aussi à long terme.

Ses actions immédiates : Elle permet de diminuer la teneur en eau du sol traité. En effet, cette propriété du traitement est due à un apport de matériaux secs, de la consommation d’eau lors de l’hydratation de la chaux vive (CaO + H2O -> Ca(OH)2 + énergie), de l’évaporation d’eau grâce à la chaleur produite lors de cette même réaction. En général, pour 1% de chaux utilisée, la teneur en eau du milieu diminue entre 1% et 3%. Elle modifie également la fraction argileuse du milieu. Ainsi, elle rassemble un grand nombre de particules fines argileuses pour former des éléments plus volumineux et friables : c’est ce qu’on appelle la floculation. Cette évolution réduit l’indice de plasticité IP, augmente l’indice portant immédiat IPI, et produit un aplatissement de la courbe Proctor avec une diminution de la densité de l’optimum Proctor et augmentation de la teneur en eau optimale. La chaux élève donc la contrainte au cisaillement et transforme les caractéristiques de compactage du matériau.

- 19 -

Ses actions à long terme :

La chaux, agissant comme base forte, élève le pH du sol et engendre l’attaque des constituants du sol (silice et alumine). Il se forme alors des aluminates et des silicates de calcium hydratés (réaction pouzzolanique) qui, en cristallisant, agissent comme un liant entre les grains. Notons que l’intensité et la vitesse de ces réactions à long terme résultent d’un certain nombre de caractéristiques du sol comme le pH, la teneur en matières organiques, la

quantité et la nature de la fraction argileuse, la teneur en eau, dosage en chaux maximal (fonction de la quantité maximale de chaux “consommable” par l’argile présente dans le sol) et surtout de la température.

- 20 -

Les liants hydrauliques Les LHR sont surtout utilisés dans le but d’obtenir un développement rapide et permanent des résistances mécaniques et des stabilités à l’eau et au gel. Compte tenu de leurs propriétés, les LHR modifient amplement le comportement des sols peu (ou pas du tout) plastiques, ce, grâce à plusieurs actions visant à modifier les propriétés géotechniques et mécaniques du sol. Les réactions du LHR avec un sol consistent essentiellement en une hydratation des silicates et aluminates de calcium anhydres, avec passage par la phase soluté suivie de la cristallisation des produits hydratés en donnant des espèces cristallines, insolubles et résistantes, qui relient les grains du sol: c’est ce qu’on appelle la prise hydraulique. Ce traitement permet également d’améliorer les caractéristiques initiales des matériaux. Ils s’appliquent à des sols fins prétraités à la chaux ou à des sols très peu plastiques, pour lesquels les teneurs naturelles en eau trop élevées ne permettent pas de réaliser des remblais ou des couches de forme dans de bonnes conditions et avec une qualité suffisante. Cette diminution de la teneur en eau est due à un apport de matériaux secs, à une consommation d’eau lors de la prise hydraulique et à l’évaporation d’eau par l’aération de la surface lors du malaxage.

En revanche, on ne note pas de modification importante de la courbe Proctor.

- 21 -

- 22 -

4. Quel(s) traitement(s) choisir ? [1] [3] [5]

Cette partie concerne les différentes possibilités d’action sur le sol. En effet il est rare qu’un unique produit soit utilisé pour améliorer qualitativement, quantitativement et durablement les performances mécaniques du matériau dont il est question. Ainsi, on a souvent à traiter un sol à la chaux, et au liant hydraulique, et/ou avec des correcteurs granulométriques. Six modalités différentes de traitement sont examinées. Ces solutions distinctes traduisent le fait qu’il est couramment impossible de décider une technique de traitement plus appropriée à une autre au projet, à partir de la seule donnée de la classe de sol ; il faut également considérer les exigences économiques. Dans tous les cas, c'est-à-dire au traitement à la chaux, aux ciments ou aux LHR il convient: - de déterminer le choix du ou des produits de traitement, les dosages nécessaires pour atteindre les performances mécaniques escomptées par une étude de laboratoire, ainsi que la plage de teneur en eau du mélange sol-liant dans laquelle il est susceptible atteindre ces résistances (de s’assurer de la constance dans le temps des liaisons conçues grâce au traitement). Suivant la nature et l’état des matériaux, le traitement à recommander peut être : - un traitement aux liants hydrauliques, notamment adapté aux sols peu ou pas argileux. L’association de chaux peut être retenue selon l’état hydrique, - un traitement mixte chaux + ciment dans le cas des sols moyennement argileux, - un traitement à la chaux seule, adéquat aux sols argileux et très argileux, - un traitement associant liant hydraulique et correcteur granulométrique dans le cas de sols granulaires peu transformables si le coût s’avère favorable par rapport au seul emploi de liant hydraulique, - un traitement par apport d’un correcteur granulométrique uniquement. Dans ce cas, le malaxage et le dosage du correcteur n’exigent pas la même précision. Des techniques telles qu’un répandage du correcteur à la niveleuse et un malaxage à la charrue à disques, ou réalisé suivant la méthode dite de « dépôt-reprise » peuvent se révéler suffisantes. Les caractéristiques du correcteur granulométrique doivent être approuvées par une étude géotechnique.

- 23 -

5. Technique de traitements & Matériels de traitement [1] [23] [24]

5.1. Technique de traitement La réalisation des traitements de sols requiert suivant les cas de chantier à un certain nombre d’opérations élémentaires exigeant une organisation précise, un savoir-faire et des matériels spécifiques.

Principales opérations de traitement La réalisation des travaux de traitement d’un sol en place suit en générale les opérations élémentaires suivantes : - la préparation du sol à traiter (élimination des éléments blocailleux, homogénéisation, humidification éventuelle); - l’épandage du liant de traitement; - le malaxage du liant avec le sol; - l’ajustement de l’état hydrique (soit humidifier le sol par arrosage, soit l’assécher par aération); - Le réglage du mélange; - Le compactage; - L’application de la protection superficielle du sol traité (cas d’une couche de forme).

Dispositions particulières de mise en œuvre

5.1.1. Epandage - Pour qu’elle soit réussie, cette opération du liant doit se faire par des épandeurs précis de préférence à doseurs volumétriques dont le débit est asservi à la vitesse de déplacement du porteur. - La procédure pratique de contrôle de régularité de l’épandage de liant consiste à déposer au hasard une série de bâches sur la surface de la plate-forme à traiter et les peser juste après le passage de l’épandeur une fois recouverte par le liant de traitement.

- 24 -

5.1.2. Malaxage - Le malaxage en place du sol avec un liant doit se faire par un matériel performant (le pulvimixeur à arbre horizontal par exemple) permettant de bien homogénéiser le mélange (sol+liant) sur des épaisseurs assez importantes variant entre 30 et 40 cm ; - Le malaxage avec des pulvimixeurs doit être effectué par bandes parallèles avec un recouvrement d’au moins 10 cm.

5.1.3. Compactage - Le compactage doit suivre juste après l’opération de malaxage et doit se faire en deux phases : phase 1 : compactage partiel après préréglage et phase 2 : compactage final après réglage.

- 25 -

5.1.4. Réglage

- Le réglage est une opération délicate qui se réalise généralement à la niveleuse en deux séquences : préréglage et réglage final séparé par l’opération de compactage partiel. - Le réglage final "rabotage" doit se faire par enlèvement et évacuation de la surépaisseur laissée, sur toute la surface de la couche traitée, à la fin du compactage partiel. - Le rabotage doit se faire dans la plage des 2/3 du délai de maniabilité. - Une surépaisseur d’environ 3cm du mélange doit être prévue lors de la phase de malaxage pour tenir compte de l’épaisseur rabotée.

5.1.5. Protection du matériau traité Toutes les couches de forme traitées doivent recevoir une protection superficielle pour la protéger contre une déshydratation ou une humidification excessive due à l’atmosphère. Elle permet également de maintenir l’état hydrique du matériau traité et de favoriser l’accrochage entre la couche de forme et la couche de fondation. En général la protection superficielle se fait sous forme d’un enduit de cure par application d’une couche d’émulsion (500 à 800g d’émulsion) suivie éventuellement d’un sablage. 5.2. Matériels de traitement Nous nous limiterons ici à la présentation des différents types de matériels utilisés dans la cinématique du traitement. Leur évolution répond à de nouveaux critères de précision (dosage en liants, épaisseur des couches...), de fiabilité et à des exigences renforcées en matière de sécurité et d’environnement (réductions des poussières notamment). Les matériels les plus représentatifs sont énumérés ci-après et traitent respectivement du stockage, de l’épandage, du malaxage, de l’arrosage et enfin du compactage.

5.2.1. Matériels de stockage

Les produits de traitement se présentant sous forme pulvérulente, ils sont livrés sur les chantiers par transport routier, à l’aide de silos tractés. Ils sont stockés : - dans des silos mobiles, adaptés aux chantiers de traitement en place ; - dans des silos fixes, s’il s’agit de traitement en centrale. Les silos ont des contenances comprises entre 20 et 100 tonnes.

5.2.2. Épandeurs Les épandeurs de première génération, jusque dans les années 1980, étaient des engins à doseurs volumétriques. Ceux de seconde génération étaient en plus asservis à la vitesse de déplacement. Les épandeurs de dernière génération comportent ces mêmes outils et disposent en plus de l’ajustement des quantités de liant à l’aide de procédés spécifiques.

- 26 -

5.2.3. Malaxeurs Les malaxeurs sont de différentes natures. On distingue les rotobèches, les malaxeurs à outils fixes ou animés et les centrales de malaxage.

Rotobèches Ce sont des engins issus du domaine agricole, adaptés en fonction des besoins au domaine du Génie Civil.

Malaxeurs à outils fixes Les malaxeurs à outils fixes sont utilisés lors des traitements pour des sols avec chaux vive pour leur utilisation dans les corps des remblais. Ils sont: - des charrues à disques ; - des charrues à socs ; - des engins à lames (bouteurs, niveleuses).

Malaxeurs à outils animés Les malaxeurs de première génération, à axe horizontal, ont leur chambre de malaxage à l’arrière de l’appareil. Ceux des générations suivantes ont leur chambre de malaxage située entre les trains avant et arrière. Les améliorations concernant les dernières générations d’appareils ont essentiellement porté sur : - la profondeur de malaxage (aujourd’hui de l’ordre de cinquante centimètres) ; - la puissance des engins (jusqu’à six cents chevaux) ; - l’amélioration des outils d’attaque au sol. Certains malaxeurs sont équipés d’un système d’injection d’eau disposé à l’intérieur de la chambre de malaxage.

Centrales de malaxage L’emploi des centrales de malaxage est recommandé pour le malaxage des matériaux des couches de fondation et certains types de couches de forme.

5.2.4. Arroseuses

La gamme de matériel généralement utilisée est sommairement décrite ci-dessous : - citerne d’eau équipée d’une queue de carpe ; - citerne d’eau équipée d’une rampe d’arrosage avec ou sans débitmètre, avec ou sans système d’asservissement ; - arroseuse enfouisseuse généralement équipée d’un débitmètre, avec ou sans système d’asservissement.

- 27 -

5.2.5. Compacteurs Les différentes familles d’appareils existantes sont : - les compacteurs à pneus, - les compacteurs vibrants à cylindres lisses, - les compacteurs vibrants à pieds dameurs, - les compacteurs statiques à pieds dameurs, - les plaques vibrantes. Chaque famille étant déclinée selon la classe du sol que l’engin doit traiter. Le choix de l’ensemble de l’atelier de traitement sera défini en fonction de l’ouvrage à réaliser, de la nature des matériaux, des produits de traitement et des conditions du site. Quelques engins utilisés lors du traitement :

- 28 -

- 29 -

II) Etude comparative des principaux produits

1. Les Normes de références

Les différents types de traitement sont définis par des normes assez strictes. Celles-ci répertorient la composition des éléments présents dans ces produits ainsi que les méthodes d’utilisation et d’analyse des traitements employés.

Les normes françaises principalement utilisées sont :

Pour le traitement à la chaux dans le cas de sols fins traités pour un emploi en remblais et couches de forme, NF EN 459-1 et NF P 98-101

Pour le traitement au ciment, NF EN 197-1 ou au liant hydraulique routier (LHR), NF P 15-108 et ENV 13 282

Pour la composition des liants hydrauliques, NF P15-301 à NF P15-308,

Pour la composition de la chaux aérienne, NF P98-101

Pour des informations complémentaires il faut consulter le guide Setra/LCPC et les normes mentionnées en annexes.

2. Les études préalables

2.1 Principes et outils d’une étude de formulation

La recherche de la meilleure adéquation entre produits de traitements et matériaux à traiter pour une application donnée nécessite de réaliser certaines études préalables : -études géotechniques qui permettent d’identifier les matériaux présents (voir partie I) et de définir la formulation du mélange. -études économiques, qui chiffrent les différentes options : le traitement en place des matériaux ou l’apport d’autres matériaux non traités ou traités en centrale.

L’étude de formulation est une étude qui est réalisée en laboratoire à partir d’échantillon prélevés dans le matériau potentiellement traitable. Elle permet de définir le produit de traitement le mieux adapté et le dosage de chacun des composants à introduire dans le sol pour obtenir les performances répondant à l’application souhaitée. Pour mener une étude de formulation de manière la plus précise possible il faut respecter un schéma de principes scrupuleux constitué de trois étapes, nous ne les détaillerons pas dans cette étude.

Dans le cas d’un traitement des sols appliqué à la réalisation de couches de forme, le magazine Routes n° 89 [9] notifie les trois critères que la formulation choisie devra respecter :

Le premier critère est relatif à la vérification de l’aptitude du sol au traitement. Elle se fait à partir de « l’essai d’évaluation de l’aptitude d’un sol au traitement à la chaux et/ou aux liants hydrauliques » défini par la norme NF P 94-100 (voir tableau 6 issu du pdf « traitement des matériaux » [23])

On défini comme critère : Douteux : le choix d’utiliser cette solution de traitement peut être justifiée par d’autre caractéristiques du chantier. Inadapté : la technique de traitement proposée ne peut être à priori appliquée.

- 30 -

Le deuxième critère est relatif à l’exécution. On recherche le dosage en chaux éventuellement nécessaire pour conférer au sol considéré une portance immédiate suffisante, afin d’assurer sa mise en œuvre correcte : aptitude au compactage et à supporter la circulation des engins de chantier.

Le troisième critère est relatif à la tenue de la structure sol-liants. On recherche le dosage optimal en ciment ou liant hydraulique routier au sol afin d’atteindre les performances mécaniques exigées pour une couche de forme.

On pourra également remarquer que ces dosages moyens sont définis dans des normes, ce qui explique que la plupart des fiches-produits présentées dans le tableau du paragraphe [3.2.1] préconisent un dosage en liant de 4 à 6 %. Le choix du produit employé et de son dosage dépendra également du possible prétraitement à la chaux. La difficulté résidant dans le jeu de trouver le meilleur compromis entre le dosage de la chaux, celui du liant en fonction du produit sélectionné (le liant étant beaucoup plus coûteux que la chaux) et les performances escomptées à l’issue du traitement.

Tableau issu d’un fichier pdf : [24]

- 31 -

Cette étude envisage toujours deux cas : un traitement à la chaux seule, et un traitement mixte à la chaux associée à un liant hydraulique.

Les auteurs du pdf « Apport de la technique de traitement de sols argileux et limoneux à la chaux » [24] et ceux du pdf « traitement des matériaux »[23] rappellent les points clés pour vérifier la validité de cette étude :

Cas de traitement à la chaux seule -mesures de sensibilité de l’eau, par essai CBR, après 4 jours d’immersion. On veut obtenir un indice portant ICBR≥20 et ICBR/IPI ≥1 -résistance à la compression Rc≥2,5 MPa

Cas des traitements mixte chaux et ciment -l’âge autorisant la circulation sur la couche traitée, par les mesures de résistance en compression à 7 et 28 jours -la résistance à l’immersion au jeune âge, par les mesures de sensibilité à l’immersion, estimée par la chute de résistance en compression à 28 jours (14j à l’air puis 14j en immersion) - la résistance au gel -les performances attendues à long termes, par la mesure du couple résistance en traction par fendage (Rtb) (dit résistance par essai brésilien)/module de déformation (E).

L’ensemble de ces exigences pour le matériau traité avec un liant hydraulique est répertorié dans le tableau 7 du paragraphe suivant.

a. les performances du sol après le traitement

Tableau extrait du guide Setra/LCPC [1]

- 32 -

Ce sont ces quatre critères principaux que l’on retrouve dans les indications techniques des fiches produits. Cependant étant donné que le respect de ces critères est une exigence pour la qualité des traitements réalisés les différents fabricants de liants y répondent. Le choix du liant se fera donc en vérifiant pour quel type de matériaux et avec quel dosage ce liant sera adapté pour le traitement formulé.

Le critère de l’âge autorisant la circulation peut jouer sur le type de chantier, notamment ceux où il est impossible de bloquer trop longtemps la circulation des engins de chantier.

Le critère de l’immersion au jeune âge est important pour la stabilité du matériau traité sur le long terme. Il doit être défini en fonction des conditions météorologiques locales, de la teneur en eau de matériau et du risque d’inondation du matériau dans la période suivant le traitement.

La résistance au gel est l’un des critères les plus importants. En effet son non respect peut anéantir tout le traitement en une nuit ! L’action du gel sur le matériau traité joue au niveau de la prise du liant hydraulique entre les éléments floculés du matériau. Si la résistance à la traction de la prise du liant hydraulique n’est pas assez forte, lors du dégel le gonflement des molécules d’eau provoque la cassure des liens crées par le liant. Il faut avoir Rt> 0,25 MPa.

Les performances escomptables à long termes sont définies à partir des

valeurs de la résistance à la traction Rt avec Rt= 0.8 Rtb et du module E de déformation du matériau traité (normes NF P98-232-2 et 3). Le graphique ci-dessus extrait du GTS(guide Setra/LCPC) présente les différentes classes de matériaux en fonction du couple (Rt,E). L’objectif d’un traitement étant d’atteindre la meilleure classe mécanique possible, c'est-à-dire la plus proche de la zone 1. Le traitement idéal aurait un couple (Rt,E) tel que Rt augmente fortement dès le début du traitement pour atteindre une bonne classe mécanique et un module E qui augmente très doucement ce qui évite de redescendre de classe mécanique. Le tableau suivant donne la classe mécanique finale du matériau traité en fonction de son couple (Rt,E) et de son mode de fabrication. On peut ainsi remarquer que le traitement en place est moins efficace en termes de performances mécaniques que celui en centrale.

- 33 -

[1]

- 34 -

b. exemple dans le cas d’un limon de classe A2

Cet exemple étudié dans le guide Setra/LCPC et repris dans le document pdf « techniques de l’ingénieur » [1] et [23] montre bien le rôle d’une étude de formulation et les informations que l’on peut déduire des courbes obtenues.

La formulation présentée est celle d’un limon de classe A2 par un traitement à la chaux. Les graphs sont composés de trois courbes représentant les trois cas envisagés pour différentes teneur en eau du matériau. En admettant un cas idéal où le matériau présent soit un limon de classe A2, il suffit de connaitre sa teneur en eau pour déterminer le meilleur dosage de chaux à utiliser. Ainsi en fonction du type de chantier, si le cahier des charges impose un IPI de 10, alors que la teneur en eau du chantier est de 23% il faudra effectuer un dosage de chaux de 2,5%. De manière générale et en toute logique, plus la teneur en eau du sol est élevée, plus la quantité de chaux nécessaire au traitement sera importante. On peut aussi remarquer que les dosages formulés seront différents pour un autre type d’utilisation, et particulièrement s’il s’agit d’une couche de forme. De plus ces valeurs sont théoriques, il faut donc également prendre en compte le fait que chaque chantier possède ses propres contraintes et qu’une nouvelle étude de formulation plus ou moins élaborée est nécessaire.

[23]

- 35 -

- 36 -

3. Etude de marché des produits

3.1 Comparaison générale des fabricants et de leur gamme de produits

Lafarge, gamme Rolac

Calcia, gamme Ligex

Holcim, gamme Roc Chaque année les chantiers de terrassement et de traitement des routes utilisent environ 900 000 tonnes de ciment ou de liant hydraulique routier. En effet ce type de traitement nécessite de grande quantité de produits, avec de manière générale un dosage de la chaux à 1 ou 2% et de liant à 4 ou 5% du matériau traité.

Aujourd’hui les principaux fabricants de liant hydraulique sont Lafarge, Holcim et Calcia. La production de chaux est assurée par de nombreux chaufourniers tels que Les chaux du Périgord, qui fabriquent la chaux vive et la chaux éteinte destiné à un emploi pour les routes et pour la fabrication de liant. D’après le site des chaufourniers et cimentiers [12] la répartition est :

Chaux vive Chaux éteinte total répartition de la production

Routes 315 382 1817 317 199 10,91% Liants 25 319 22 25 341 0,87%

Calcia est un fabricant important en France puisqu’il y réalise 33% des parts de marché, ce qui représente un chiffre d’affaire de 648 M€. Il propose une gamme de 6 produits nommée Ligex, qui répondent aux différentes demandes du marché. L’aspect général des fiches produits est clair mais peu fournit en renseignements.

Lafarge est le fabricant le plus important en France, il y réalise 35% des parts de marché pour un chiffre d’affaire de 700M€. Sa gamme nommée Rolac correspond au marché et la présentation des fiches produits est la plus complète.

Holcim est un plus petit fabricant de liant qui possède 15% du marché français pour un chiffre d’affaire de 316M€. Cependant, tout comme Lafarge et Calcia, il produit une grande partie de la consommation mondiale de ciment, ce qui le situe à la position de deuxième producteur mondial de ciment.

De manière générale ces trois fabricants proposent le même type de gamme et utilisent les mêmes ajouts pour donner certaines caractéristiques à leur produit : les cendres volantes, le clinker, le laitier. Cependant on peut remarquer que les produitsLafarge sont composés majoritairement de Clinker, alors que Calcia et Holcim proposent des produits possédant dans l’ensemble une forte teneur en laitier. La composition des produits influe fortement sur leurs caractéristiques techniques, un détail est effectué dans la partie 5.3.

Il est important de préciser que la composition de ces produits repose sur un socle commun car celui-ci est défini dans les normes de référence. Les fabricants ne disposent donc pas d’une grande marge de manœuvre et donc d’innovation. Le développement est ainsi plutôt axé sur la recherche de nouvelles utilisations et sur les méthodes d’applications, notamment la réduction du nombre de passes pour réaliser le traitement.

- 37 -

3.2 Les liants hydrauliques du marché et leurs spécificités :

3.2.1 Tableau de présentation et critères de comparaison

Au-delà d’un simple inventaire référençant l’ensemble des liants hydrauliques présent sur le marché français, nous avons choisi de faire ressortir les produits spécifiques de chaque fabricant et de mettre en relation les caractéristiques principales de ces produits. L’objectif étant de montrer qu’il n’y a pas de produit « miracle » mais des gammes complètes permettant aux entreprises routières de satisfaire leur cahier des charges. Comme nous l’avons vu précédemment le résultat de l’étude de formulation conduit à une solution de traitement adaptée à chaque chantier.

Pour répondre à cette problématique nous avons réalisé un tableau comparatif, présent en annexe. Ce tableau répertorie l’ensemble des liants hydrauliques proposés sur le marché, issues des gammes de Calcia, Lafarge et Holcim. L’objectif est de comparer ces produits en fonction de critères communs tels que : le type de sols traités, le délai de maniabilité, le délai de traficabilité, le lieu du traitement, les propriétés mécaniques…Nous avons rassemblé l’ensemble des produits, ceux traitant les sols et couches de forme ainsi que ceux traitant les sables et graves. On remarque que pour les produits répondant à un même type d’utilisation il existe un socle commun, défini par la norme de référence. De plus dans la plupart des cas ces produits s’utilisent en adéquation avec un prétraitement à la chaux. C’est pourquoi en plus de leurs propres caractéristiques, le choix du dosage à effectuer est essentiel.

Ce tableau permet de bien voir que chaque fabricant propose une gamme assez complète mais qu’ils possèdent tous un ou deux produits particuliers.

Cependant en étudiant plus précisément ces produits on remarque plusieurs points importants les distinguant ou les unissant. C’est ce que nous avons essayé de montrer dans le tableau de l’annexe en choisissant certains critères.

Des points communs :

Tous les fabricants proposent un produit de base que l’on peut nommer « liant hydraulique routier polyvalent » :

-le Rolac 645 pour Lafarge à base majoritairement de Clinker Portland -le ligex SP6 pour Calcia composé de Clinker et comme innovation de cendres volantes. -le Roc AF pour Holcim à base également de Clinker

Comme précisé précédemment le dosage de référence du liant indiqué sur les fiches techniques est pour un traitement de couche de forme de 4 à 7 %.

Il apparait ainsi que même si certain fabricant propose des solutions plus favorables aux basses températures, l’ensemble des produits ne peut être appliqué à des températures inférieures à 5°C. Ce qui s’explique notamment par les risques de gel durant ces périodes. Il faut aussi dans les cas limites

bien distinguer la température de l’air et celle du sol.

- 38 -

Des caractéristiques propres:

Un critère qui différentie les produits est le délai de maniabilité. En effet étant donné que selon les chantiers et le type de matériau traité la technique d’application du liant n’est pas la même, il est nécessaire que les fabricants proposent plusieurs solutions. Ainsi pour les chantiers traités en place dans un délai normal la plupart des liants sont adaptés. Si la couche traitée nécessite d’être rapidement praticable on se tournera vers le Rolac PI chez Lafarge ou le Ligex 111 et 103M4 de Calcia ou le Roc AS de Holcim.

Si le traitement est effectué en centrale (graves et sables) il faudra disposer d’un liant offrant une grande maniabilité pour empêcher la prise durant le transport, par exemple les Rolac LC ou Rolac 425 de Lafarge, ou particulièrement chez Calcia avec les ligex FPL1 et ligex 2R. On peut remarquer que tous les fabricants utilisent du laitier en grande quantité pour obtenir cette particularité.

Ces produits se distinguent également par leur domaine d’application, c'est-à-dire soit au niveau de l’utilisation du matériau traité (couche de forme, remblais, graves ou sables..) et de la classe de matériaux (calcaire, argile, sable, limon…).

D’après les fiches techniques on peut observer que les liants de Lafarge et Calcia sont particulièrement polyvalents alors que Holcim propose par exemple le Roc AS pour les sols argileux ou le Roc SC pour les craies, calcaires et matériaux à caractères basiques.

3.2.2 Les produits spécifiques de chaque fabricant

Le produit phare de Holcim est le Roc sol qui a pour principale caractéristique

d’être un produit mono-passe. En effet il est composé à fois de liant hydraulique et de chaux, c'est-à-dire que son application ne nécessite pas de prétraitement à la chaux puisque c’est un mélange.

Nous étudierons ce produit comme étude de cas au paragraphe 5.4

Pour Lafarge qui possède une gamme très classique avec le liant hydraulique polyvalent qu’est les Rolac 645, les produits qui se distinguent par leur caractéristiques de la concurrence sont les Rolac PI. Ils sont très performants pour obtenir une traficabilité rapide, notamment pour les pistes de chantier, début de prise inférieur à 45min. Cela est dû à une très forte teneur en Clinker (90%).

Chez Calcia c’est le Ligex 16 EPR qui se distingue. En effet c’est le seul liant

du marché crée dans l’unique but de proposer un liant à émissions réduites de poussières. Il est donc particulièrement adapté aux chantiers en zones sensibles telles que les zones urbaines, ou tout chantier qui préconise ce type d’exigences dans son cahier des charges. Cette particularité est obtenue par une composition à base de laitier activé au Clinker.

- 39 -

3.2.3 Les différents composants et ajouts et leurs caractéristiques

D’après M Venuat, le traitement des sols à la chaux ou au liant, [3].

Le Clinker

Pierre à chaux chauffée à 1450°C, composée à 80% de calcaire et à 20% d’argile, qui en fonction de sa finesse et des rajouts qu’elle subit, donne différentes sortes de ciments.

Caractéristiques donnée pour un liant : prise rapide.

Le laitier

Sous produit de la fabrication de la fonte, il contient principalement de la chaux, de la silice et de l’alumine. Issu d’un haut fourneau il subit un traitement qui lui donne soit l’aspect d’une roche cristallisée, soit d’un sable. C’est ce sable vitreux qui peut être ajouté au Clinker et au gypse pour la composition de ciments variés utilisables pour le traitement des sols. D’autre part ce laitier granulé vitreux peut être pré broyé afin d’améliorer sa réactivité.

Ce produit de la sidérurgie est activé soit par du ciment, soit avec de la chaux à hauteur d’environ 7%.

Caractéristiques données pour un liant: action durable sur le long terme et il est moins sensible en milieux agressifs que le clinker

Les cendres volantes

Les cendres volantes sont des sous produits du dépoussiérage des fumées des centrales thermiques brûlant du charbon pulvérisé ou plus exceptionnellement de la lignite. Ces cendres peuvent être soient sèches, soit humides. Les cendres de houille sont des produit silico-alumineux renfermant de l’ordre de 50% de silice et très peu de chaux. Les cendres volantes ont des propriétés pouzzolaniques car elles fixent lentement la chaux du ciment portland pour donner naissance à des composés stables ayant des propriétés hydrauliques. Ces cendres sont présentes dans la composition de nombreux liants.

De nombreuses recherches étudient plus précisément leur propriétés car elles pourraient présentées de multiples avantages. Se référer au paragraphe 3-2-1.

Caractéristiques données pour un liant : avantage pour les traitements en centrale car elles permettent une prise lente.

3.2 Etude d’un produit spécifique : le Roc SOL de Holcim (voir la fiche produit en annexe 2)

Le roc sol, c’est un produit mixte qui permet de réduire le nombre de passes. En effet il est composé à la fois de chaux et de liant hydraulique, ce qui a pour principal intérêt d’éviter le prétraitement à la chaux. Son utilisation permet donc de limiter le coût du chantier par un considérable gain de temps. Ce produit conçu pour traiter les sols argileux agit comme une composition de chaux et du liant Roc AS de Holcim, l’objectif commercial étant les avantages pratiques d’un produit mono passe. En fait l’atout est surtout de n’avoir qu’un seul produit à gérer sur le chantier car l’importance du dosage (5 à 7%) impose une application en deux passes !

- 40 -

Si l’on compare la fiche technique du Roc Sol et celle du Roc AS on peut vérifier que sur un même type de chantier et de matériaux leur emploi dans un traitement donne des caractéristiques finales pour le matériau sensiblement identiques.

4. Exemples de chantiers

4.1. Gaël : un traitement en place au liant hydraulique routier [6] ● Maître d’ouvrage : Communauté de communes de Saint-Méen-le-Grand ● Maître d’oeuvre : Cabinet d’ingénierie Girec (Cesson-Sévigné) ● Laboratoire : Technilab (Ancenis) ● Entreprise de terrassement : Charier TP (agence de Rennes) ● Liant hydraulique routier : Lafarge Ciments En Ille-et-Vilaine, les 18 hectares de la future plate-forme logistique de Gaël ont été traités avec 3 000 tonnes de chaux et 6 000 tonnes de liant hydraulique routier, ce qui a conduit à une économie de 1,5 million d’euros ! Sur ce site doit être construit 65000m2 d’entrepôts et de 10 000 m2 de plate-forme à l’air libre. Ce qui entrainera chaque semaine un trafic de 25 camions et d’un train de marchandises. Le cahier de charge prévoyait une technique de stabilisation classique : déblaiement, remblaiement puis empierrement. Mais à la suite des premières études avec les 100000 m3 de déblais et les 45000 tonnes de pierres prévus le coût du chantier était vraiment trop important. Il aurait aussi été nécessaire de renforcer les routes avoisinantes à cause du passage des camions et de trouver une carrière proche pouvant fournir l’ensemble des pierres. Le bureau d’étude Technilab (Ancenis) a donc proposé la solution d’un traitement à la chaux et aux liants hydrauliques. Les matériaux du site sont essentiellement des schistes, matériaux normalement non traitables tels quels. Mais ici après un broyage au malaxeur, la formation de fines rend l’ensemble parfaitement traitable au liant hydraulique routier. Le chantier s’est donc déroulé comme suit :

Débroussaillage et décapage de la terre végétale

Traitement à la chaux avec un dosage de 1 à 2 %, des déblais pour les utiliser en remblais

Traitement des zones destinées à recevoir les bâtiments et la voirie. Le choix s’est porté sur le liant hydraulique routier Rolac 645 fabriqué par Lafarge Ciments et dosé à 5-6 %. La couche traitée est de 35 cm. Ce traitement donne à la plate-forme ses bonnes caractéristiques de portance : PF3, c’est-à-dire plus de 120 MPa.

Ce traitement a donc concerné une zone de 135 000 m2. Ce qui représente au final : 220 000 m3 déplacés, 3000 tonnes de chaux et 6 000 tonnes de liant hydraulique routier Rolac. Ces travaux ont ainsi mobilisé jusqu’à quarante machines présentes simultanément sur le terrain (pelles, dumpers Volvo, scrapeurs 623 Caterpillar, compacteurs monobille type V5...). Les maîtres d’ouvrage ont également pu profiter d’un autre avantage : la qualité du résultat a permis de réduire de quelques centimètres l’épaisseur du dallage des bâtiments… ce qui a entrainé des économies non négligeables.

- 41 -

4.2. Le Pas-de-l’Eyraud (Dordogne) : modernisation de la RD 709 [9] ● Maîtrise d’ouvrage et maîtrise d’œuvre : Conseil Général de Dordogne ● Entreprises : Groupement Sacer (mandataire), Estardier ● Liant hydraulique routier : Ciments Calcia ● Fournisseur de chaux : Chaux du Périgord Ce chantier montre également bien les multiples avantages de ce type de solution de traitement des sols : performances de haut niveau, forte diminution du coût, écologique car moins de transport de matériaux… L’opération s’est justifiée par plusieurs éléments : granulats calcaires locaux de qualité médiocre, pas de carrière à proximité, coût de la mise en décharge de 200 000 m3. Cette solution a permis de diviser par trois le coût d’exécution de la PST et de la couche de forme : 300 000 euros au lieu de 950 000 euros, en intégrant les coûts de transport. Les nombreux relevés réalisés ont permis de déterminer les sols présents. La couche de forme est constituée de sables argileux de type B5 et B6 selon la classification du GTR et la PST d’argiles peu plastiques à très plastiques (de type A2 et A3). Le traitement s’est déroulé en deux temps :

La première couche, la PST, a été traitée à la chaux (1,5 %) afin d’éviter les gonflements de l’argile en présence d’eau et d’assurer une portance au niveau de l’arase de terrassement la couche de forme a été traitée à la fois à la chaux (1,5 %), toujours pour les mêmes raisons, ainsi qu’avec un liant routier à raison de 5% pour lui conférer la portance requise. Le liant hydraulique routier choisi est le Ligex 111 M10 des Ciments Calcia. Ce choix est du aux bonnes performances offertes par le Ligex pour ce type de matériaux et pour son délais de maniabilité important de 10h (voir tableau de comparaison).

Au final, pour un volume de matériaux traités de 64 000 m3, les volumes de chaux et de liant employés ont été respectivement de 1 500 t et de 1 200 t.

D’autre part ce chantier est intéressant car il a bénéficié d’un guidage par GPS pour le réglage de la couche de forme, ce qui a conduit à un respect d’une tolérance en altimétrie de plus ou moins 3 cm. Et ce même si la cote était un peu haute à couse du gonflement des terrains.

- 42 -

- 43 -

III) Limites de ces traitements et recherches actuelles 1. Les problèmes et limites de l’utilisation de ces solutions de traitement Les perturbations de traitement apparaissent lorsque les caractéristiques sont insuffisantes, traduisant l’existence d’interactions entre des constituants du sol et des agents de traitement. L’étude géotechnique n’identifie pas les constituants responsables de ces perturbations. Il est admis que certaines minéralogies et des substances solubles naturelles ou résultantes de l’activité humaine puissent en être responsables. Cette liste de facteurs propres au sol doit être complétée par des facteurs liés au traitement tel qu’un sous-dosage. En raison de la diversité des agents perturbateurs, cette recherche n’a pas cherché à étudier l’ensemble de ces mécanismes. Cependant, nous pouvons détailler un peu les phénomènes défavorables aux contraintes mécaniques recherchées.

1.1 Le froid, le gel

La prise et le durcissement des matériaux traités par des liants hydrauliques sont déterminés par la température de conservation de ces matériaux. Mais des exigences économiques conduisent souvent à poursuivre les travaux de terrassement en arrière-saison. Pour les travaux en période froide, dite « arrière-saison », deux situations vont se présenter - Température moyenne faible (entre quelques degrés et 20°C) agissant sur la cinétique des liants hydrauliques, conduisant alors à définir différemment les périodes d'ouverture au trafic du chantier, dans le cas des sols traités ou les résistances aux jeunes âges. Notons qu’il a été confirmé qu’hors période de gel, un "matériau traité d'hiver" est plus résistant en final qu'un "matériau traité d'été". - Température négative définissant une période de gel pouvant agir, soit par gélifraction détruisant le matériau traité, soit par gonflement par cryosuccion (phénomène de remontée d’eau liquide vers la zone gelée) de ce matériau ou du sol support de ce matériau si celui-ci est sensible au gel. Cette situation conduit alors à une augmentation des émiettements de la couche de forme traitée. Les dégâts provoqués par le gel vont dépendre :

- du taux d’humidité du sol traité, - de sa résistance mécanique au moment de l’arrivée du gel, - de la nature de son réseau poreux

Mais lorsque le traitement a été finalisé par la protection du matériau, cette dernière augmente la teneur en eau en surface ce qui permet d’éviter une déshydratation de la surface du sol et donc un effritement de la surface lors de successions de périodes gel-dégel. Ensuite, la résistance mécanique du sol lorsque le gel se présente est important pour la modification éventuelle du matériau. On considère que lorsque le RTB (paramètre lié à la résistance à la traction) est supérieur à 0,25 MPa, les dégradations du sol par le gel sont négligeables voire inexistantes puisqu’il est à l’abri du gonflement et de la gélifraction. Ce point a été montré par des essais de laboratoire sur des éprouvettes de sable traité dont la teneur en eau était parfaitement contrôlée: un sol traité ayant subi le gel reprendra son durcissement et sa résistance mécanique mais sera éventuellement dépendante d’une perte

de compacité due à un gonflement.

- 44 -

1.2 La présence d’éléments néfastes à la prise hydraulique

1.2.1 Les sulfates [14] Les sols peuvent contenir des quantités variables de sulfate qui peuvent entraîner dans certaines conditions (taux de sulfate, solubilité du sulfate, répartition dans le sol) des gonflements par formation d’ettringite. Les minéraux de sulfure s'oxydent et réagissent avec d'autres minéraux contenus dans le sol pour former des sulfates. Cette transformation induit une augmentation du volume en raison des variations dans la structure atomique en plus de l'adjonction d'eau à la structure minérale. Cependant, dans certains cas, la stabilisation peut se faire en augmentant la concentration en sulfates : Exemple du Texas : “The National Lime Association recommends using modified construction techniques to stabilize soils with higher sulfate concentrations. For example, three practices which they advocate include the following: - mellowing: a process allowing lime-stabilized soil to remain in a soft, loamy state for a period of one to several days for chemical reaction before compacting to final density; - elevated moisture contents at least 3 to 5 percent above optimum; and - double lime application: a process that adds one-half of the optimum lime content, allowing it to react with the soil components for a specified time period, and then adding the other one-half of the lime before compacting to final density.” (source: HYDRATED LIME STABILIZATION OF SULFATE-BEARING SOILS IN TEXAS, by Pat Harris, Tom Scullion and Stephen Sebesta) Les techniques bétons compactés et graves traitées à hautes performances peuvent utiliser de 5% à 12% de LHR. Ces liants routiers peuvent contenir de 2 à 6,4% de sulfate, exprimé en SO3 (le LSC+, destiné aux traitements des matériaux calcaires, contient jusqu’à 14% d’anhydrite). Des chantiers de grave calcaire, dont le granulat contient de l’ordre de 0,1 à 0,15% de sulfate, et visant des performances élevées par un traitement à 6 à 8% de LSC+, ont déjà été réalisés; le mélange global correspondant peut contenir alors de 0,5 à 0,7% de sulfate.

1.2.2 Les matières organiques

Les sols ou argiles sont susceptibles de contenir des matières organiques constituées de micro-organismes et de déchets végétaux en état de décomposition. Les matières organiques sont surtout présentes à la surface. Elles ont des compositions variées mais ce sont surtout les acides humiques (acides provenant des décompositions de matière organique à la surface du sol) qui sont néfastes car ils retardent ou annulent la prise des liants (réactions chimiques qui atténuent l’acidité du sol) et diminuent les résistances mécaniques du sol. Le traitement peut même devenir impossible si la concentration en ces acides est trop forte. L’ajout de CaCl2 et de CaO permet d’annihiler leurs effets.

- 45 -

1.3 Le problème du climat par rapport à la cinétique de durcissement

La température réelle moyenne rencontrée dans les sols à traiter est de l’ordre de 10°C. Elle reflète plus exactement les conditions normales au cœur d’un sol hors période de canicule ou de gel. Il apparaît que la rapidité de la prise de la chaux et du liant empêche parfois d’atteindre la densité spécifiée pour le matériau. Des études de laboratoire ont été réalisées pour pouvoir recommander des solutions adaptées à chaque cas de chantier. On conseille d’accepter des densités plus faibles plutôt que de détruire les premières liaisons hydrauliques.

1.4 Les émissions de poussières L'utilisation de tels produits, pulvérulents, pour le traitement de sols implique l'émission de poussière de chaux et/ou poussière de liant hydraulique pendant le traitement pendant l’épandage aussi bien que pendant le fait de labourer. En présence de vent, il est possible d'observer le déplacement du produit de traitement par le vent plus de 20 à 30 mètres de la région de site Ces poussières sont tout aussi néfastes pour l’environnement que pour l’homme. Ainsi, Quand ce type de poussière se dépose sur des substances humides ou sur n'importe quel corps de vie sans protection, le résultat est une augmentation soudaine du pH (en cas de la chaux en particulier) ou de l'adhésion du produit sur ces corps. Les émissions de poussière susmentionnées peuvent alors être agressives à l'environnement sans oublier l'effet de corrosion qu’il apporte, coût économique dans un environnement urbain par exemple.

2. Les nouveaux produits entrant dans la composition des liants

2.1 Les cendres volantes

Recherches sur la stabilisation des sols par la chaux et les cendres volantes. Par M. Mateos,

[13]

Les cendres volantes sont déjà employées dans la composition des liants hydrauliques (voir tableau de comparaison en annexe) et dans les processus de stabilisation des sols. Les intérêts apportés par l’utilisation de cendres sont nombreux, par exemple on peut citer amélioration de la résistance aux sulfates ou réduction de la diffusion du chlore. Cependant les études menées jusqu’à présents n’ont pas permis de déterminer parfaitement leur caractéristiques et leur réaction avec les différents sols. Les cendres volantes sont un sous-produit des centrales thermiques qui brûlent le charbon en poudre. L’emploi des cendres volantes en grandes quantités pourraient s’avérer très intéressant économiquement car actuellement la production atteint aux Etats-Unis 10 millions de tonnes par an, en Angleterre 4 millions et en France 3 millions, en considérant que les pays émergents vont en produire de plus en plus. L’une des études récentes, réalisée par M Mateos, présente de nombreux renseignements sur l’utilisation des cendres dans les traitements. Ainsi les sables ou les graviers de grains uniformes sont les sols qui profitent le mieux de l’apport de cendres dans le traitement.

- 46 -

M Mateos explique quels sont les dosages les mieux adaptés : « les proportions dépendent du type de sol et des cendres qu’on emploie. Pour des sols friables, la quantité de chaux devrait être entre 3 et 6 pour cent et la quantité de cendres volantes entre le 10 et le 25 pour cent ; pour les sols argileux, la quantité de chaux devrait être entre 5 et 9 pour cent et la quantité de cendres volantes, entre 10 et 25 pour cent (Mateos et Davidson 1962ª). » Un autre facteur à prendre en compte est la température de traitement. Ainsi, avec des températures atteignant jusqu’à 22 C approximativement, la réaction se développe très lentement, et à des températures plus élevées, la réaction est rapide et proportionnelle à l’augmentation de la température. D’autre part l’auteur distingue la chaux dolomitique monohydratée et la chaux hydratée calcaire, notamment par rapport aux caractéristiques obtenues en fonction de la température de traitement. Jusqu’à environ 30 C la chaux dolomitique monohydratée présente des résistances plus grandes, alors que pour des températures de traitement entre 60 C et 120 C c’est la chaux calcaire hydratée qui est la mieux adaptée. M. Mateos fait aussi remarquer que les caractéristiques des cendres volantes peuvent être améliorées en éliminant la partie grossière non réactive ou en les passant au broyeur (Mateos, 1961c).

2.2 Le ciment de verre

La réalisation d’un liant à base de ciment de verre [17] est due à l’origine à des recherches pour valoriser les emballages en verre impropres au recyclage. L’objectif fut notamment d’étudier la faisabilité technique et économique d’un procédé de stabilisation de sol. Le BRGM a développé un liant hydraulique dont le constituant majoritaire (> 80 %) est du verre d’emballage sodo-calcique. Ces verres sont issus prioritairement des stocks de verre impropre au recyclage dans l’industrie verrière (déchets de tri optique, fraction 0- 10 mm de la filière calcin à haute teneur en infusibles, fraction 0-100 μm de la filière poudre). Le BRGM et ESPORTEC se sont associés à ECO-EMBALLAGES pour réaliser l’étude de la faisabilité technico-économique du procédé. Cette évaluation comporte trois phases principales : 1. optimisation de la formulation du ciment de verre ; 2. démonstration de l’application du ciment de verre à la stabilisation de sols : essais de laboratoire et essais sur plateformes extérieures ; 3. préfaisabilité économique. Les résultats remarquables de l’étude ont conduits le BRGM et ESPORTEC à déposer en copropriété un brevet d’application (dépôt à l’INPI en octobre 1999). Parmi les nombreux résultats acquis dans le cadre de ce programme et relatés dans la synthèse […], il est intéressant de présenter ceux-ci :

les refus de tri optiques peuvent constituer la matière première (> 80% de la composition) des ciments de verre. Le procédé de fabrication basé sur un broyage ultra-fin et une activation basique du verre exploite la réactivité naturelle du verre. Les ciments de verre présentent des performances mécaniques et de durabilité spécifiques qui les différencient des ciments normalisés à base de clinker ou de laitier. Ils présentent des caractéristiques mécaniques plus faibles à court terme mais qui semblent progresser durablement. Cette réactivité à long terme des ciments de verre est fondamentale et constitue une des spécificités du procédé de stabilisation de sol proposé.

- 47 -

les essais de stabilisation de sols à l’échelle du laboratoire confirment l’intérêt du procédé : amélioration significative des portances, conservation de l’aspect naturel du matériau traité. Des essais sur plate-forme extérieure ont été effectués pour valider les essais du laboratoire. Les essais ont eu lieu sur une parcelle de 120 m² sur laquelle les chercheurs ont appliqués 1,5 tonnes de ciment de verre en modifiant les formulations et les sables. Les résultats partiels acquis en 1999 montrent que malgré des conditions climatiques défavorables (pluie, gel/dégel), le procédé conduit à une amélioration significative des portances. Le seul défaut constaté est, pour certaines formulations, un lessivage du ciment en surface.

l’étude technico-économique préliminaire montre que ce produit est commercialement

viable.

2.3 Les déchets industriels

Les déchets industriels sont employés pour la fabrication des liants hydrauliques dans le même but que la plupart des ajouts : valorisation de matériaux et développement durable. Nous présentons ici deux types de déchets décrits par le dossier de synthèse du Tremti 2005 qui sont prometteurs en raison de leur qualité pour le traitement des sols. En premier lieu de la poudre de tuiles broyées et ensuite de la poudre de caoutchouc. La poudre de tuiles broyées, (crushed tile dust (CTD) est un produit qui pourrait être utilisé en remplacement du ciment Portland selon différentes quantités. L’étude réalisée par les chercheurs I.B. Topcu, M. Canbaz, C. Karakurt montre que ce produit possède comme principales caractéristiques mécaniques de donnée une résistance à la compression mesurée à 7 jours plus faible qu’avec un autre type de liant, alors qu’à 28 jours celle-ci sera plus importante. On remarque également qu’il y a une forte expansion de volume lorsque l’on remplace le ciment par le CTD. Le volume augmente de 11 % et 67 % pour des quantités respectives de 10 % et 20 % de CTD. La poudre de caoutchouc broyé, pourrait être très intéressante dans la composition de produits pulvérulents de traitement des sols. En effet elle présente de bonnes caractéristiques mécaniques qui permettent de garantir une haute rigidité du sol traité. L’étude effectuée par P. Lindh, N. Mattsson relatée dans le dossier Tremti met en avant le fait que l’essentiel réside dans le dosage de poudre de caoutchouc et de ciment réalisé dans le mélange. Cela joue sur le comportement élastique ou plastique du matériau traité. Certains résultats sont exposés dans le tableau suivant. On peut remarquer que le meilleur dosage en terme de résistance est de 6% de ciment et de 5% de caoutchouc, c'est-à-dire un mélange équilibré, alors que les autres dosages proposés sont beaucoup moins efficaces.

- 48 -

2.4 Mélange chaux-fibres de polypropylène et laitiers moulus associés à la

chaux Les chercheurs américains Venkat Bhadriraju et Anand J Puppala [5] ont étudié les effets, en particulier au niveau de la résistance et du module du sol, de deux traitements. L’un composé d’un mélange chaux-fibres de polypropylène et l’autre utilisant des laitiers moulus comme liant. Leur étude montre qu’avec les deux produits, les laitiers moulus ou le mélange chaux-fibres, le traitement accroît le module du sol. L’amélioration la plus faible est obtenue avec le mélange chaux-fibre. Les auteurs l’attribuent à la présence des fibres qui diminuent la rigidité du sol traité Le module du sol naturel ou celui du sol traité chaux-fibre diminue quand on augmente la teneur en eau du compactage. On constate que le sol traité au laitier à un comportement « non plastique », ce qui signifie que ce traitement à un effet significatif sur l’accroissement des modules.

2.5 Poudre de diabase associé à du ciment

Les chercheurs allemands J. Fillibeck et D. Heyer [5] examinent la possibilité d’augmenter l’étanchéité des sols vis à vis des eaux au moyen d’additifs sans pour autant détériorer les propriétés géomécaniques que l’on souhaite obtenir en traitant le sol. L’étude porte sur une argile peu plastique et un mélange sable-argile. Ils comparent le traitement à la chaux avec un traitement par un liant spécial constitué d’un mélange de poudre de diabase avec un ciment (TerraBass). Si le traitement à la chaux augmente la portance du sol, il augmente simultanément la perméabilité suite à la formation d’agrégats. L’emploi du mélange poudre de diabase-ciment ne modifie pratiquement pas les caractéristiques de compactage tout en augmentant fortement l’indice CBR. La perméabilité reste stable par rapport au matériau initial. Cependant sur chantier les différences constatées entre le traitement à la chaux ou au TerraBass sont beaucoup moins marquées en raison des difficultés rencontrées lors du mélange de ce dernier produit de traitement avec des matériaux humides. Pour les sols très argileux le traitement à chaux reste encore le mieux adapté

- 49 -

3. Autres méthodes nouvelles et recherches

3.1 Autres matériaux présents dans les programmes de recherche [5] Il existe de nombreux autres matériaux sur lesquels des recherches sont effectués pour les utiliser dans les traitements des sols. Nous citerons ici l’exemple des boues de sédiments maritimes […] issues de dragages dans les ports de Dunkerque et de Gravelines Grand Fort Philippe en France. Leur réutilisation serait effectivement très intéressante car chaque année plusieurs millions de tonnes sont extraites. Les boues sont caractérisées selon la méthode décrite dans le Guide technique Setra/LCPC. Selon cette méthode, les boues sont de classe F. Leur valeur au bleu est comprise entre 1.8 et 3.1, correspondant à un limon de classe A2. Sur le plan granulométrique, les sédiments sont majoritairement limoneux. L’un des problèmes concerne la teneur en eau des sédiments marins. En effet celle-ci peut atteindre plus de 150% pour les sédiments dragués avec des moyens hydrauliques, la teneur en eau à l’optimum Proctor normal s’élevant à 22% environ. Il sera donc nécessaire dans un premier temps de traiter les sédiments pour réduire fortement leur teneur en eau. Pour cela il existe différentes méthodes telles que l’essorage naturel dans un décanteur statique, l’ajout de granulat sablonneux (les meilleurs résultats de portance ont été trouvés pour 20% d’apport (IPI optimum = 45)). Il est aussi question d’un traitement à la chaux pour diminuer la quantité de matière organique et simultanément réduire la teneur en eau. L’objectif actuel de la recherche est de proposer une méthodologie d’essai pour ensuite déterminer les caractéristiques physiques, la compacité et la portance du matériau.

3.2 Les différentes orientations de la recherche dans ce domaine [16]

En construction routière traditionnelle, les matériaux hydrauliques ("blancs") occupent aujourd'hui une place relativement marginale par rapport aux matériaux hydrocarbonés ("noirs"), ceci pour deux raisons:

Il est toutefois indispensable de soutenir et même de relancer cette technique, pour maintenir une nécessaire concurrence, facteur d'émulation technique et d'économie pour le maître d'ouvrage. De plus, pour répondre à une pression environnementale croissante, le LCPC s'intéresse également à l'influence de l'incorporation de produits subnormaux (granulats de faible qualité ou résidus de l'industrie) sur les propriétés d'usage des matériaux hydrauliques. Enfin, l'évolution récente du cours du pétrole contribue à renchérir les matériaux hydrocarbonés, et à redonner de la compétitivité aux matériaux hydrauliques, par rapport à la conjoncture des années 90.

Le LCPC oriente actuellement sa recherche avec une opération du nom de "Nouvelles Techniques Routières". Ce programme s’articule autour de plusieurs axes :

Pour améliorer les études de formulation le LCPC est en train de mettre en place un logiciel prenant en compte de nombreux paramètres, qui permettre ensuite de mieux prévoir le type de liant à utiliser et le dosage correspondant en fonction des données prélevées sur le terrain.

D’autre part le LCPC teste et développe de nouveaux matériaux et des structures innovantes telles que:

- 50 -

- Des Matériaux Autocompactants Essorables de Structures (MACES) ayant les mêmes performances mécaniques que les graves traitées au liant hydraulique classiques, mais ne nécessitant aucun compactage à la mise en place et pouvant être coulés par le seul effet de la gravité.

- La moquette en BHP: structure incorporant une couche de roulement mince et non-adhérente en béton à hautes performances (BHP).

-un groupe de travail sur les chaussées à longue durée de vie se penche sur un enduit Hydraulique Fibré Gravillonné (EHFG). Il s'agit d'une couche de roulement constituée d'une fine couche de mortier fibré à ultra-hautes performances, dans laquelle des gravillons non polissables sont incorporés.

Certaines études menées concernent le recyclage :

Une étude concernant l'incorporation, après les avoir rendus inertes, de résidus de fumées d'incinération d'ordures ménagères (REFIOM) dans les matériaux de chaussée.

A la suite d'une recherche sur les mélanges entre laitiers d'aciérie et granulats naturels, un prolongement est actuellement à l'étude, dans lequel on envisage la combinaison des produits précédents avec des pouzzolanes de type cendres volantes, l'objectif étant d'aboutir à un matériau hydraulique à retrait compensé.

4. Les techniques de traitements à l’étranger

4.1 Traitement à la chaux aux Etats Unis

http://www.lime.org/SOIL.PDF .

LIME-TREATED SOIL CONSTRUCTION MANUAL LIME STABILIZATION & LIME MODIFICATION ; National Lime Association

Par tradition les solutions de traitement des sols aux USA sont principalement basées sur des mélanges avec de la chaux, à la différence des pays européens qui utilisent couramment les liants hydrauliques. L’utilisation de la chaux aux Etats Unis est très semblable à la technique française. L’objectif est de mélanger le matériau à traiter avec un dosage de chaux approprié pour améliorer ces caractéristiques mécaniques, que se soit pour une utilisation temporaire en piste de chantier ou pour la couche de forme de la structure routière à construire. Le traitement du matériau peut également avoir lieu sur place ou en centrale. En traitement sur place le dosage classique est de 3 à 6 % de chaux en poids du sol humide. Des apports à la technique française permettent de traiter des sols ayant des compositions particulières, comme par exemple au Texas où il y a un fort taux de sulfate.

La chaux est également employée pour sécher des sols humides, grâce à sa réaction avec

l’eau, et particulièrement avec des sols contenants de fortes teneurs en argile.

Généralement, entre 1 et 4 pour cent de chaux sera suffisant pour sécher un emplacement

humide et permettre de poursuivre les activités de construction.

- 51 -

On pourra cependant remarquer que des recherches sont actuellement mises en place pour déterminer des solutions de traitement à l’aide de liant hydrauliques routiers, notamment pour des cas particuliers. On peut citer les recherches de F. Henin, J. Vecoven qui travaillent sur un liant hydraulique permettant l’amélioration des sols très humides et composés d’argile siliceux.

3.2 Traitement des sols argileux en Hollande [5]

Un exemple de traitement des sols argileux est présenté ici. En Hollande, le traitement de sols sableux est très répandu dans les zones portuaires. Les sols siliceux et argileux sont généralement substitués pour l’exécution de la partie supérieure des terrassements et la couche de forme. La législation nationale sur les excavations encourage le développement de la valorisation en plate-forme des sols locaux actuellement non exploités. Un plan national de constructions de routes pour les réseaux locaux a été lancé par l’état. C’est donc dans ce cadre que les entreprises routières se heurtent à des sols difficilement retraitables. Un chantier test a donc été mis en place pour étudier différentes solutions de traitement. Ce chantier test mesure 8 km de long et comprend une demi-longueur en sol traité uniquement à la chaux et l’autre partie pré-traitée à la chaux puis traitée au ciment. Pour le traitement à la chaux seule, le dosage en chaux a été déterminé entre 1 et 3,5 % en fonction de la teneur en eau naturelle du sol. Pour le traitement mixte, le dosage en chaux est de 2,5 % et le dosage en ciment de 5 %.

5. Un usage différent de ces produits : le retraitement De nos jours, un nombre important de routes de notre réseau routier est en mauvais état ce, à cause de l’augmentation perpétuelle annuelle du trafic routier. Le retraitement en place à froid est une technique destinée à recréer des chaussées plutôt que de décaisser la structure de la chaussée pour tout refaire, ou encore de recharger une couche de surface pour restaurer le sol A partir d’une chaussée dégradée, on reconstruit une structure homogène et adaptée au trafic à supporter grâce au ciment et/ou à des liants hydrauliques routiers. Ce retraitement consiste à implanter dans le matériau, après fractionnement de l’ancienne chaussée, un ciment ou un liant hydraulique routier et éventuellement un correcteur granulométrique en plus d’eau, et de les mélanger intimement, en l’état, jusqu’à l’obtention d’un matériau homogène. Le retraitement en place à froid des chaussées au moyen de ciment ou de liant hydraulique routier est une technique qui offre les mêmes avantages que le traitement des sols, à savoir qu’ils sont techniques, économiques, écologiques et environnementaux.

- 52 -

- 53 -

CONCLUSION _______________

Le traitement des sols avec de la chaux et/ou des liants hydrauliques est aujourd’hui une méthode éprouvée et qui est en passe de devenir incontournable dans les chantiers d’amélioration des sols. En effet, elle offre de nombreux avantages tant en termes de caractéristiques mécaniques sur les matériaux traités que sur un plan économique. Cependant cette technique peut s’avérer complexe, notamment lors de la réalisation de l’étude de formulation. La composition des sols étant extrêmement variable il est nécessaire de redéfinir à chaque fois les caractéristiques géologiques pour faire le choix du traitement à privilégier et du dosage à appliquer. De plus certains éléments tels que les sulfates ou les matières organiques sont néfastes quant à la prise du liant hydraulique, ce qui conduit à réaliser des études plus approfondies pour être certain d’obtenir le résultat attendu.

En France, les gammes de produits proposées par Lafarge, Holcim et Calcia

répondent aux normes en vigueur et sont assez complètes pour offrir des solutions adaptées aux matériaux les plus courants.

D’autre part de nombreuses recherches sont actuellement en cours avec comme

objectifs d’élargir la gamme de sols pouvant être traités. Pour cela de nouvelles méthodes de réalisation et l’emploi de différents éléments sont testés, en particulier des matériaux à valoriser comme les cendres volantes ou le ciment de verre. On peut également remarquer que chaque pays utilise des méthodes adaptées à ses propres contraintes.

Finalement, nous pouvons sur le fait qu’une simple étude de marché des produits

pulvérulents de traitement des sols ne peut être assez complète pour apporter des conclusions définitives. Chaque produit offrant plusieurs possibilités, et chaque chantier possédant un cahier des charges spécifique, tout l’intérêt est de déterminer l’adéquation apportant la meilleure réponse aux problèmes qui se posent.

- 54 -

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

_______________ Ouvrages : [1] BIMBARD J., CHAUVIN JJ., (…). – Traitement des sols à la chaux et/ou aux liants hydrauliques. – Paris : Le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées- SETRA, 2000.- 240 p. [2] CORTE JF., JOUBERT JP., (…).- Réalisation des remblais et des couches de formes-Fascicules 1 et 2.- Paris : Le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées- SETRA, 1992.- 102 p. [3] VENUAT M.,-Le traitement des sols à la chaux et au ciment.- Paris : publié par l’auteur, 1980.-459 p. [4] DROUAUX C., SCHAEFFNER M.-Le traitement des sols.-Bagneux : Comité Français pour les Techniques Routières, 2006.-1p.-[pdf]. Articles de périodiques : [5] Rédaction RGRA -dossier Tremti.- RGRA,2005, septembre n° 843, 19-92. [6] Rédaction Revue Routes-Cimbéton.- Un traitement en place au liant hydraulique routier.- Routes, 2006, décembre n°98, 11-13. [7] Rédaction Revue Routes-Cimbéton.-Un parking paysager en sable stabilisé au liant hydraulique.- Routes, 2007, mars n°99, 11-13. [8] Rédaction Revue Routes-Cimbéton.-Le retraitement en place à froid aux liants hydrauliques.- Routes, 2004, juin n°88, 7-14. [9] Rédaction Revue Routes-Cimbéton.-Le traitement des sols à la chaux et/ou aux liants hydrauliques.- Routes, 2004, septembre n°89, 7-14. [10] Rédaction Revue Routes-Cimbéton.-Les limons traités pour assises de chaussées à faible trafic.- Routes, 2000, décembre n°74, 7-14. Sites Internet : [11] Patentstorm. (Page consultée le 7 Décembre 2007).Home, [en ligne]. http://www.patentstorm.us/patents/6699322-description.html [12] National Lime Association. (Page consultée le 7 Décembre 2007).Home, [En ligne]. http://www.lime.org/Construct104.pdf [13] Manuel Mateos. (Page consultée le 12 Décembre 2007).Home, [En ligne]. http://www.manuelmateos.info/menu/materiales/tierrasparaotros_Manuel.Mateos.pdf [14] HYDRATED LIME STABILIZATION OF SULFATE-BEARING SOILS IN TEXAS. (Page consultée le 3 Janvier 2008).Home, [En ligne]. http://tti.tamu.edu/documents/0-4240-2.pdf [15] Association Technique de l’Industrie des Liants Hydrauliques. (Page consultée le 3 Janvier 2008).Home, [En ligne]. http://www.infociments.fr/INFOCIM/I/I1_3.html [16] LCPC, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées. (Page consultée le 28 Octobre 2007). Home, [En ligne]. http://www.lcpc.fr/fr/presentation/organigramme/div_tgce/themes/thememelanges.php [17] Eco-emballages. (Page consultée le 13 Novembre 2007). Accueil, [En ligne]. http://www.ecoemballages.fr/cache/media/orig/4337.pdf

- 55 -

Documents techniques : [18] Holcim.-Fiches techniques des produits : ROCSOL (HRB*), ROC TR, ROC AF, ROC AS, ROC SC, ROC SG.-2003-2004 [19] Calcia.-Fiches techniques des produits : CEM II/A ou B 32,5 R CE CP1 ou CP2 NF, CEM III/B 32,5 N CE PM-ES NF, CEM V/A (S-V) 32,5 N CE PM-ES-CP1 NF "PMF2", LIGEX 2 R CLASSE HRB 30, LIGEX 16 EPR CLASSE HRB 30, LIANTS ROUTIERS LIGEX 111 - LIGEX 103, LIGEX FPL 1 CLASSE HRB 30, LIANT ROUTIER LIGEX SP6 CLASSE HRB 30, STABEX.-2004-2005. [20] Lafarge.-Fiche technique des produits : ROLAC : 645, 425, LC, PI.-2005. [21] Calcia. Liants hydrauliques routiers (CCO3).-Fiche de données de sécurité [22] VECOVEN J., HENIN F.-Communiqués de la société HOLCIM.-[pdf].-1999-2003. Couche de forme en sol traité : faut-il une protection ? Les liants hydrauliques : les travaux en arrière-saison Un liant routier pour traitement mixte des limons : le roc sol Traitement de sol au liant hydraulique, conditions d’ouverture au trafic - exemple du roc as Le traitement des sols : le soufre et ses effets Le traitement des sols : désordres liés au gel Les liants hydrauliques : la cinétique de durcissement en fonction de la température [23] Traitement des matériaux.- P. ROSSI, L. GAVOIS, G. RAOUL.-pdf. [24] APPORTS DE LA TECHNIQUE DE TRAITEMENT DE SOLS ARGILEUX ET LIMONEUX A LA CHAUX. - J. DUPRAZ, M.ZOHRY.-pdf.

- 56 -

- 57 -

ANNEXES _______________

1) Tableau de comparaison des produits Détermination des critères de comparaison des différents produits :

- 58 -

- 59 -

- 60 -

- 61 -

2) Fiche produit Roc sol 3) Fiche produit Ligex 111. (utilisé sur le chantier Le Pas-de-l’Eyraud (Dordogne))

- 62 -

- 63 -

- 64 -

4) Fiche produit Rolac 645

- 65 -