Évaluation de la courbe de rétention d’eau

3.5.1 Essais de drainage en colonne

Deux essais en colonnes (duplicatas) ont été utilisés pour mesurer la courbe de rétention d’eau du sable mis en place sur la halde expérimentale (HSP-A). Les essais ont été réalisés selon la méthode décrite par Chapuis et al. (2006). Le protocole utilisé pour le montage et le démontage des colonnes s’inspire des travaux réalisés par Hernandez (2007), Peregoedova (2012) et Lévesque (2015), aussi décrit par Chapuis et al. (2006). La figure 3.1 présente une des colonnes (colonne 2), avec les 5 tensiomètres (T1, T2, T3, T4 et T6) utilisés pour enregistrer les succions lors de l’essai de drainage.

Montage des colonnes :

Le choix de la taille et du diamètre des colonnes dépend en partie de la taille maximale des grains et des paramètres de la courbe de rétention d’eau (AEV et WEV estimées). Puisque des essais de perméabilité sont également réalisés sur les mêmes colonnes, leur diamètre doit aussi satisfaire aux normes des essais de perméabilité à charge constante (ASTM D2434, 2006) et à charge variable (ASTM D5856, 2007). Selon la norme ASTM D2434 (2006), le diamètre de la colonne doit être au moins 8 à 12 fois supérieur à la taille du plus gros grain. Selon la norme ASTM D5856 (2007), le diamètre maximal des particules doit être au plus 1/6 du diamètre et de la hauteur de la colonne. Les colonnes choisies satisfont les critères les plus restrictifs : le diamètre maximal des grains est de 0,5 cm et les colonnes ont un diamètre de 14,4 cm et une hauteur de 132 cm.

Une plaque perforée et un géotextile ont été placés à la base de la colonne pour éviter une migration des particules fines dans le tuyau de sortie. La colonne a été montée par couches de 5 cm compactées (25 coups par couche, avec le marteau de l’essai Proctor modifié) à une teneur en eau massique d’environ 10% (proche de l’optimum Proctor modifié ωopt) (les résultats des teneurs en eau massique par couche sont détaillés en Annexe E.1). L’épaisseur totale de l’échantillon dans la colonne est de 105 cm. Un géotextile et une plaque perforée, surmontés d’un ressort et d’un couvercle ont été installés au-dessus du sable compacté. La teneur en eau massique a été mesurée tous les 5 cm lors du montage pour s’assurer de l’homogénéité de la teneur en eau du sable. Un petit échantillon (moyenne de 45 g) a été prélevé et pesé pour déduire la teneur en eau massique du sable à chaque couche. La position de la nappe phréatique dans la colonne est imposée au moyen d’un tuyau de sortie en « U » (tel que décrit par exemple par Hermandez (2007) et Peregoedova (2012)) placé 20 cm sous la base de la colonne 1 et 10 cm au-dessus la base de la colonne 2 (voir figure 3.1). La position de sortie du tuyau a été abaissée (colonne 1) afin de simuler une succion plus importante.

Essai de drainage en colonne :

Les 2 essais de drainage ont été réalisés après la mesure de la conductivité hydraulique saturée (section 3.4). Les valves situées au sommet et au bas de chaque colonne (figure 3.1) ont été ouvertes au début de l’essai ; les débits de sortie ont été mesurés (masse) en continu jusqu’à ce que l’équilibre hydrostatique soit atteint (ce qui peut prendre plusieurs semaines selon les propriétés

hydrauliques du matériau). Des tensiomètres Omega PX243A-5BG5V (± 5 psi) et Omega PX243A-15BG (± 15 psi) préalablement calibrés et saturés ont été placés à 5 hauteurs différentes le long de la colonne (tableau 3.1, figure 3.1).

Tableau 3.1 : Emplacement des tensiomètres dans les colonnes

# tensiomètre

Colonne 1 Colonne 2

Hauteur par rapport à la sortie d’eau (cm)

Hauteur par rapport à la sortie d’eau (cm) T1 PX243A-5BG5V -1,0 7,0 T2 PX243A-5BG5V 8,5 12,2 T3 PX243A-5BG5V 28,0 30,2 T4 PX243A-5BG5V 59,0 59,7 T6 PX243A-15BG 78,5 81,2

Démontage des colonnes :

Les colonnes ont été démontées par couche de 5 cm. La masse volumique sèche moyenne ρdmoy était de 1730 kg/m3 _{pour la colonne 1 et de 1762 kg/m}3 _{pour la colonne 2 ce qui correspond à un} indice des vides moyen emoy de respectivement 0,52 et 0,51 pour la colonne 1 et 2. Toutes les mesures effectuées au démontage sont présentées en Annexe E.4. Une mesure de densité en place avec anneau a été réalisée au sommet et au centre de la colonne. La teneur en eau volumique (θ) a été calculée, sachant que :

𝜃 = 𝑤(1 − 𝑛) 𝐷_𝑟 (3.7)

La migration des particules fines peut modifier localement les propriétés du matériau (surface spécifique et porosité), et parfois créer des chemins préférentiels d’écoulement (Peregoedova, 2012). Des analyses granulométriques ont donc été réalisées au bas, au centre et au haut de chaque colonne avant et après l’essai de drainage (voir aussi section 3.2). Les résultats (présentés à l’Annexe E.3) n’ont montré aucune modification significative de la granulométrie au cours de l’essai.

3.5.2 Cellule Tempe modifiée

La CRE du sable a également été mesurée au moyen d’une cellule Tempe modifiée. Quatre essais ont été réalisés en cellules Tempe avec le sable HSP-A en suivant le protocole adapté par Pabst (2011). Les échantillons de sable (environ 32 mm d’épaisseur pour 67 mm de diamètre) avaient préalablement été saturés (Sr ≈100%) dans un perméamètre à paroi rigide, puis placé entre deux céramiques (AEV = 15 bar) dans la cellule sous pression. 11 à 21 paliers ont été appliqués, en se concentrant sur les pressions d’air comprises entre 1 et 80 kPa afin d’obtenir l’ensemble de la courbe de rétention d’eau (incluant la partie résiduelle). Les paliers de pression ont été appliqués pour des durées comprises entre 1 et 30 jours.

Le panneau de pression au laboratoire ne permet pas d’appliquer avec précision des pressions d’air inférieures à 5 kPa. L’AEV du sable a été obtenu en appliquant directement des succions à la base de la cellule avec un tube de sortie en « U » (voir figure 3.2). Le reste des points de la CRE ont été obtenus en appliquant des pressions d’air (voir figure 3.3) sans l’utilisation du tube de sortie en « U ».

Figure 3.2 : Cellules Tempe avec tube de sortie d’eau (pour application d’une succion). L’intérieur des cellules est à la pression atmosphérique (valve ouverte au sommet)

Figure 3.3 : Cellules Tempe avec application d’une pression d’air; la sortie est à pression atmosphérique