Des études de conception d’ouvrages plus fiables et plus de matériaux réutilisés grâce aux essais géomécaniques

La gestion des terres excavées dans le cadre des grands aménagements tels que des infrastructures linéaires ou de grandes fouilles en milieu urbain a un impact important sur l’économie de ces projets. La mise en centre de stockage de ces terres excavées, même pour des déblais inertes, a généralement un coût financier et environnemental important.

Ces matériaux sont caractérisés par des essais basiques de mécanique des sols (teneur en eau, granulométrie, limites d’Atterberg, valeur au bleu, classification GTR, etc.) ou par des essais plus spécifiques comme l’aptitude au traitement par exemple. Selon les caractéristiques mises en évidence, différents débouchés sont envisagés pour la valorisation de ces matériaux : aménagements paysagers, comblements de cavités anthropiques, réalisation de remblais techniques ou de plateformes routières, constructions en terre crue.

A titre d’exemple, l’objectif du projet Cycle Terre*, piloté par la Ville de Sevran associée à Grand Paris Aménagement, Antea Group et différents partenaires, est de valoriser des terres excavées issues de chantiers de terrassement du Grand Paris. Antea Group est intervenu pour accompagner cette démarche d’économie circulaire. Le travail du Laboratoire de Géomécanique d’Antea Group a consisté à identifier les formations géologiques les plus adaptées pour alimenter la fabrique de matériaux de construction en terre crue implantée à Sevran et en activité depuis fin 2021.

* Le projet Cycle Terre piloté par la Ville de Sevran associée à 12 partenaires (la Ville de Sevran, Grand Paris Aménagement, Antea Group, la Société du Grand Paris, Quartus, Joly&Loiret, Compétences Emploi, IFSTTAR, Sciences Po, CRAterre, AE&CC, amàco) est co-financé par le Fond Européen de Développement Régional à travers l’Initiative Actions Innovatrices Urbaines.

Lors de la conception d’un aménagement, des objectifs sur les caractéristiques mécaniques d’un sol ou d’une roche sont fixés. Ces caractéristiques sont généralement conservées sur le long terme, hors phénomène d’altération. En revanche, s’agissant de béton ou de produits manufacturés tels que des géosynthétiques, une dégradation peut survenir dans le temps. Des essais de laboratoire permettent de statuer sur les performances de ces géomatériaux artificiels et de justifier leur maintien en place plutôt que leur remplacement systématique.

La vérification de la perméabilité normale des géomembranes à long terme est un exemple intéressant. En effet, plusieurs essais de perméabilité menés par Antea Group selon la norme NF EN 14150 sur des géomembranes bitumineuses installées depuis plus de 25 ans ont démontré que leur perméabilité restait inférieure à 1.10^-9 m/s. Cette performance étant compatible avec les objectifs recherchés dans les différents cas étudiés, les géomembranes ont pu être conservées tout en démontrant aux autorités de contrôle le respect des critères imposés.

Optimiser le coût d’un projet géotechnique impose de maîtriser les aléas géologiques et d’éviter, autant que possible, les sujétions imprévues en phase travaux. Les essais de laboratoire permettent d’étudier les comportements complexes des sols et des roches dans des conditions de sollicitation mécanique similaires à celles qui seront imposées par l’ouvrage et l'environnement. Ceci n’est que très rarement le cas pour les essais in-situ. Les essais de laboratoire participent ainsi à la caractérisation de l’environnement géologique du projet et à la fiabilisation des études de conception, réduisant ainsi les risques et aléas liés à la complexité et à la variabilité du comportement des sols.

Le gonflement des argiles est un exemple parlant. Le gonflement ou le retrait des sols fins lors de changements durables des conditions hydriques peuvent être la source de désordres difficiles à maîtriser à long terme : fissuration de bâtiments fondés superficiellement, soulèvement d’un radier en profondeur, augmentation importante des contraintes s’appliquant à un revêtement, etc. La présence de minéraux argileux gonflants (montmorillonite par exemple) doit impérativement être vérifiée si les ouvrages projetés ont une interaction forte avec ces terrains. Les essais de laboratoire (limites d’Atterberg, limite de retrait, sédimentologie, analyse minéralogique) permettent d’évaluer rapidement la susceptibilité des matériaux analysés au gonflement. Néanmoins, la quantification des effets de ces gonflements nécessite la réalisation d’essais pour mesurer les pressions de gonflement développées par l’apport d’eau : essai de gonflement à l’œdomètre, essai Huder-Amber, etc.

Cela peut sembler une évidence mais rappelons que l’optimisation des projets géotechniques dans le respect des règles de l’art présente bien des vertus : coût de construction optimisé, délai conforme aux objectifs et, bien sûr, une empreinte carbone réduite. Un ingénieur géotechnicien préconise annuellement la mise en œuvre de centaines voire de milliers de tonnes de béton et d’acier. Comme tout acteur de la construction, il doit contribuer par une conception géotechnique adaptée des projets à la réduction des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES).

En permettant de caractériser de manière précise et fiable le comportement des sols et des roches, et d’alimenter des modèles numériques complexes, les essais de laboratoire conduisent à une réelle optimisation des projets : réduction de la longueur de fondations profondes, optimisation des dimensionnements parasismiques en tenant compte de paramètres dynamiques tels que le module de cisaillement et l’amortissement, le raidissement des pentes d’un talus ou la réduction de l’épaisseur d’un mur ou d’un écran de soutènement, etc.

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