QUEL EST LE CONTEXTE DE CETTE EXPÉRIMENTATION ?

Les Départements, gestionnaires en charge de l’entretien des routes départementales, sont de plus en plus confrontés aux fissurations et dégradations liées à la sécheresse. En effet, les sols argileux très plastiques sur lesquels sont construites ces routes sont sensibles aux variations de teneur en
eau au niveau des couches supérieures, fortement exposées aux conditions climatiques et aux facteurs de l'environnement proche. Lors des périodes de sécheresse, cela entraîne sur les routes
des désordres souvent matérialisés par des fissures longitudinales et des tassements différentiels proches des bords. Les techniques classiques de réparation de chaussée n’étant pas adaptées
au phénomène RGA, les conséquences pour les gestionnaires sont ainsi importantes en termes de coûts d’entretien annuel. D’autre part, il y a un fort enjeu de sécurité des usagers, notamment les
deux-roues. Le Cerema mène ainsi, et depuis 2009, des travaux de recherche conséquents sur le phénomène de RGA et le développement des nouvelles solutions de remédiation pour adapter les
routes au changement climatique.

Ainsi, dans le cadre de l’ORSS, le Cerema et le Département du Loiret ont lancé une nouvelle expérimentation sur une portion de 400 m de la RD 921. Il s’agissait d’une solution de stabilisation des sols argileux sous la structure de chaussée par l’injection d’un produit composé d’eau, de potassium
et de lignine (extrait de bois), appelé « RemediaClay » (développé par Keller France). Les travaux de réalisation des planches d’essais et la pose de l’instrumentation tensiométrique se sont déroulés il y a quelques mois.

LA STABILISATION CHIMIQUE DES SOLS ARGILEUX, ÇA CONSISTE EN QUOI ?

La stabilisation chimique des sols argileux sensibles au phénomène de retrait-gonflement est l'une des solutions de remédiation étudiée pour limiter les vulnérabilités des maisons et des routes exposées aux sécheresses. L'injection de solution ionique pour stabiliser la couche d'argile très plastique a
été introduite pour la première fois par Blacklock, et al. (1988). Depuis, de nombreux travaux de recherche ont utilisé divers agents chimiques par différentes méthodes d’application : (i) par saturation,
(ii) par injection et (iii) par mélange. Les agents stabilisants utilisés depuis peuvent être regroupés en 3 catégories (Petry and Little, 2002) : (i) traditionnels, chaux et ciment, (ii) sous-produits, poussières de four à ciment/chaux et cendres volantes, (iii) non traditionnels, tels que les huiles sulfonées, les composés de potassium, les composés d'ammonium et de polymères, etc.
Les minéraux argileux présents dans le sol attirent les cations positifs en surface pour tenter de balancer la charge négative de l’argile. Le modèle de Güven (1992), cité dans Boisseleau, et al.
(2016), représente la particule d’argile, la surface négative de la particule argileuse avec des cations fixés et la double couche diffuse. 4 cations naturellement présents dans l’environnement sont connus pour avoir une énergie d’hydratation faible et un rayon faible. Il s’agit du potassium, de l’ammonium, du
rubidium et du césium (Grim, 1968, et Norish, 1954). Mélangés avec de l’eau, le potassium et l’ammonium peuvent être utilisés pour modifier le comportement des argiles, sous les ouvrages existants endommagés, en réduisant leur sensibilité aux variations de teneur en eau dans le sol argileux. L’objectif est de limiter la vulnérabilité de ses ouvrages et les adapter aux effets du changement climatique.

QU’EST-CE QUE LE REMEDIACLAY ET COMMENT EST-IL PRÉPARÉ SUR LE CHANTIER ?

Parmi les nouvelles solutions de remédiation testées dans le cadre du projet ORSS, la stabilisation chimique des sols argileux par injection du RemdiaClay fait partie de ce panel. Le RemdiaClay est
une solution innovante et brevetée sous la référence IPN : WO 2020/153974 A1.
Elle est composée d’eau, de potassium et de lignine (un composant du bois). La préparation de la solution finale à injecter se fait in situ grâce à une centrale de production spécialement adaptée et
installée sur le chantier.

Les composants cités ci-dessus sont stockés séparément dans des cuves, puis mélangés avec un dosage prédéfini et programmé via une table électronique. Le mélange ainsi obtenu est récupéré dans une autre cuve tampon pour être introduit dans un circuit hydraulique instrumenté avec des débitmètres.

COMMENT SE FONT LES INJECTIONS DU REMEDIACLAY DANS LE SOL ARGILEUX ?

Afin d’identifier les profondeurs à traiter, des essais de mécanique des sols ont été réalisés par le Cerema sur des prélèvements de sol sur la RD 921, qui ont permis d’identifier des sols argileux
de nature très plastique (indice de plasticité Ip> 40) jusqu’à 2,5 m de profondeur.
Parmi les résultats de ces essais, l’amplitude moyenne de déformation de gonflement est d’environ 12 % et l’amplitude de déformation de retrait est de l’ordre de 21 %.
Les travaux d’injection de ce produit sont réalisés à l’aide d’une foreuse dotée d’un dispositif spécialement conçu pour cette expérimentation. Les injections sont appliquées dans le sol
sous accotements suivant 2 ou 3 lignes à différentes profondeurs (1,5 m ; 2,0 m et 2,5 m). Ainsi, 3 planches d’essais de 385 m au total ont été définies : (i) une première planche de 120 m confortée des deux côtés, (ii) une planche intermédiaire de 165 m non confortée (témoin), et (iii) une troisième planche de 100 m confortée d’un seul côté.

Y A-T-IL UN IMPACT SUR L’ENVIRONNEMENT ET COMMENT ASSURER LE SUIVI DE L’EXPÉRIMENTATION ?

Avant de pouvoir réaliser cette expérimentation, des vérifications environnementales et sanitaires ont été effectuées sur le RemediaClay par des laboratoires spécialisés. Une batterie de bioessais sur
organismes terrestres et aquatiques a montré que ce produit est « non écotoxique », selon le protocole HP14. Le principe de la solution consiste à agir par des relations physico-chimiques sur la fraction argileuse très plastique des sols en place, pour les rendre moins sensibles à l’eau.
Il s'agit d'un premier test en France et en Europe pour conforter une route affectée par le RGA. Par conséquent, il faudrait a minima 3 périodes de sécheresse pour pouvoir analyser la durabilité
du traitement et son impact environnemental en termes d'éventuels effets secondaires.
D’autre part, afin d’évaluer l’apport de cette solution, deux instrumentations tensiométriques ont été mises en place par le Cerema et l’entreprise GreenCityZen. Il s’agissait de sondes de
succion implantées entre 0,5 et 2,5 m de profondeur permettant un suivi en continu et à distance. Au total, 4 tranchées de 0,5 m de profondeur et 0,5 m de largeur ont été réalisées au niveau des accotements par le Département, afin de raccorder les sondes aux centrales d’acquisition au niveau de chaque instrumentation. Le suivi et l’interprétation des résultats sont assurés par le Cerema durant au moins 3 périodes de sécheresse, jusqu’en 2024 dans le cadre de l’ORSS.

Lamine Ighil Ameur, chercheur en mécanique des sols au Cerema