LA BIO-CIMENTATION : UNE RÉVOLUTION POUR LE RENFORCEMENT DURABLE PAR INJECTION DES SOLS

INTRODUCTION

Bien que les domaines des matériaux et des techniques d'injection chimique ou de stabilisation mécanique aient connu des avancements considérables, l'amélioration des caractéristiques mécaniques des sols demeure un défi majeur en géotechnique. Les méthodes traditionnelles de
consolidation chimique, telles que les injections de ciment, l'utilisation de résine et de chaux, ont longtemps été la norme. Cependant, elles présentent souvent des inconvénients notables, tels que des problèmes de pénétrabilité ou de lessivage, résultant en des environnements fortement alcalins. En Europe, ces problèmes de lessivage ont été si préoccupants que de nouvelles normes se sont développées pour traiter les aspects d’alcalinité et de la qualité des eaux après le traitement des sols. Il est devenu impératif de pallier aux problématiques de ces techniques par des alternatives autant efficaces, mais plus durables et respectueuses de l'environnement. C'est dans ce contexte que
Medusoil BiomineralsTM a développé ses solutions d’injection de bio-ciment, offrant des alternatives durables basées sur la stabilisation par des liants minéraux (figure 1).
Le concept de micro-organismes catalysant la formation de minéraux n'est pas nouveau en soi, il remonte à des milliers d'années dans des milieux naturels. Cependant, ce n'est que ces dernières années que des ingénieurs ont maitrisé ces processus pour développer des technologies de renforcement des sols par bio-cimentation adaptées aux critères environnementaux. La bio-cimentation repose sur l'activité métabolique de certaines bactéries qui précipitent des liants sous forme de carbonate de calcium, cimentant efficacement les particules du sol. Ce processus ingénieux
offre une alternative durable et respectueuse de l'environnement aux techniques conventionnelles de stabilisation des sols, tout en gardant les critères de résistance et d’économie.

L'APPROCHE INNOVANTE DE MEDUSOIL BIOMINERALSTM

Après cinq années de recherche et de développement, Medusoil BiomineralsTM a développé un portefeuille de produits de biominéralisation et de biopolymérisation. Ces avancées introduisent des modèles de production entièrement circulaires, où les sous-produits organiques liés aux processus conventionnels de bio-cimentation, tels que l'ammonium, peuvent être revalorisés. De plus, avec un produit phare sous forme de micro-organismes breveté, les aspects économiques de la bio-cimentation sont ramenés à des niveaux très compétitifs, comparables aux injections de ciment traditionnelles.
Parmi les technologies innovantes, on trouve le développement de réacteurs microbiens conçus pour stimuler la croissance contrôlée de minéraux. Ces réacteurs créent un environnement propice à la précipitation de carbonate de calcium par les bactéries, cimentant ainsi efficacement les particules du sol. L'approche de Medusoil accélère non seulement le processus, mais garantit également des résultats homogènes et prévisibles, un facteur essentiel lorsqu'il s'agit de stabilisation des sols dans des applications critiques.
L'effet de la biocimentation sur les résistances maximale et résiduelle est remarquable. Même dans des cas de matériaux perturbés (remaniés), on observe une amélioration significative de leurs performances grâce à la présence des liaisons calcitiques. Les liaisons de calcite formées par le processus de biocimentation jouent un rôle clé dans l'amélioration de la cohésion et de la résistance mécanique des sols. Ces liaisons servent de ponts solides entre particules du sol, renforçant ainsi leur adhérence et empêchant le glissement ou la désagrégation. Par conséquent, la résistance
maximale au cisaillement des échantillons traités augmente considérablement (figure 2). Cette amélioration n'est pas limitée aux conditions initiales des échantillons, et porte s’applique aussi aux sols remaniés bénéficient de la présence de calcite naturelle. La biocimentation ouvre ainsi la voie à des solutions de stabilisation du sol hautement performantes, avec des avantages tangibles en termes de résistance mécanique, de durabilité, de rapidité et simplicité d’exécution.

EXEMPLES DE PROJETS RÉCENTS EN FRANCE ET EN SUISSE

Le travail de Medusoil marque une avancée significative dans l'application de la bio-cimentation pour réduire les risques d'érosion, de liquéfaction en zones sismiques et pour d'autres projets spéciaux et de fondations. La technique a notamment obtenu du succès en Suisse et en France, où l'amélioration des sols de manière peu intrusive vis-à-vis de l'environnement reste une préoccupation persistante.
Une connaissance approfondie des exigences particulières d'un projet est essentielle pour offrir la solution la plus adaptée. Des facteurs tels que la présence ou l'absence d'écoulement souterrain, la perméabilité in situ et l'amélioration souhaitée des paramètres géotechniques, y compris la cohésion et l'angle de frottement, doivent être pris en compte avant la proposition d'un mélange et d'un maillage de traitement. Cette approche exhaustive garantit que la solution de bio-cimentation s'aligne précisément sur les spécificités du projet selon le taux d’amélioration souhaité (figures 3 et 4).
Pour parvenir à ce niveau de précision, des outils numériques ad hoc ont été développés. Capables de simuler les différents stades des injections, ils permettent aux ingénieurs de déterminer leur maillage optimal. Cette approche affinée garantit une allocation efficace des ressources pour atteindre le taux d'amélioration souhaité.
Medusoil a fait ses preuves en réalisant une série de projets réussis, allant de la stabilisation des pentes à l'excavation frontale de microtunnels, et à l'amélioration de la portance ou pour la protection contre l'érosion. En adaptant leurs solutions en fonction des exigences particulières de chaque
projet, et à travers différentes méthodes d'exécution in situ, la technique démontre sa versatilité pour répondre à un éventail diversifié de défis géotechniques (figure 5).

PERSPECTIVES D'AVENIR : LA PROMESSE DE LA BIO-CIMENTATION

L'application réussie de la bio-cimentation en Suisse et en France souligne le potentiel transformateur de cette technologie innovante avec des paramètres géotechniques améliorés qui défient ceux obtenus par d'autres techniques du type de micropieux, ou de parois microberlinoise. Pour
les effets dans la mitigation de la liquéfaction induite par les tremblements de terre, la présence d'un faible pourcentage de biociment suffit pour une cohésion de l'ordre de 20 kPa améliorant ainsi considérablement la résistance des sols sableux ou sablo-limoneux à la liquéfaction.
Les avantages de la bio-cimentation s'étendent bien au-delà de la durabilité environnementale et économique. Notre technologie est capable de produire des résultats fiables dans un laps de temps court. La combinaison de l'innovation biotechnologique et du génie géotechnique est en passe de créer un avenir résilient et durable pour les structures et les communautés. Le travail et les projets de Medusoil mettent en lumière les avantages tangibles de cette technologie innovante, avec l'amélioration des propriétés géotechniques et les nouvelles perspectives offertes.

Dr. Dimitrios Terzis & Prof. Lyesse Laloui
Co-fondateurs Medusoil SA
info@medusoil.com
www.medusoil.com