Caractérisation de l’argile de Saint-Jude

3.2.1 Description des essais de caractérisation

Examen tomodensitométrique

La tomodensitométrie (aussi appelée TACO, CT-Scan ou CAT-Scan) est une technique d’imagerie développée dans les années 1970 qui est principalement utilisée en médecine. Cette technique consiste à mesurer l’absorption des rayons X d’un corps statique ou d’un phénomène dynamique pour ensuite reconstruire des images 2D, 3D ou 4D des structures internes de l’objet en question par la numérisation de ces données (INRS, 2016).

Dans le cadre de ce projet, la tomodensitométrie est utilisée dans le but d’observer l’homogénéité du contenu des échantillons et d’identifier la présence d’objets indésirables lors de la découpe, comme des coquillages ou des cailloux par exemple. Cet examen permet de mieux prévoir l’utilisation des échantillons et leur découpe. Les vingt-et-un échantillons de grand diamètre ont subi un examen tomodensitométrique au Laboratoire multidisciplinaire de tomodensitométrie pour les ressources naturelles et le génie civil de l’Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) le 2 octobre 2016. L’examen a été conduit par Louis-Frédéric Daigle, technicien de recherche au Laboratoires pour l’innovation scientifique et technologique de l’environnement de l’INRS. L’appareil utilisé pour réaliser cette tâche est le tomodensitomètre Siemens Somatom Definition AS+ 128. La figure 3.5 montre une photo de l’appareil en cours de numérisation de quelques-uns des vingt-et- un échantillons de grand diamètre. Suite à la numérisation, une image 3D est reconstituée à l’aide du logiciel libre Fiji (Schindelin et al., 2012). Ce logiciel permet à l’utilisateur de voyager dans la structure interne de l’objet numérisé couche par couche et d’en extraire les coupes désirées.

46 Limites de consistance et teneurs en eau

Les limites de consistance marquent la transition entre les états plastique et liquide d’un sol. La limite de liquidité est la teneur en eau à partir de laquelle le sol se comporte comme un liquide. La limite de plasticité est la teneur en eau en-dessous de laquelle le sol a un comportement plastique. De plus, 14 échantillons ont été prélevés en vue de mesurer leur teneur en eau lors du détubage des échantillons de grand diamètre. Chacun d’entre eux a été prélevé au haut et au bas de chacun des tubes minces juste après l’échantillonnage.

Ces paramètres permettent de déterminer deux propriétés importantes du sol étudié, soit les indices de plasticité et de liquidité. La limite de liquidité a été déterminée avec l’essai au cône suédois tandis que la limite de plasticité a été déterminée avec l’essai du colombin, tous deux réalisés selon la norme BNQ 2501- 092 (BNQ, 1981a). Les essais de limite de consistance ont été réalisés entre le 25 juin et le 15 juillet 2015 par Judith Fournier, stagiaire en mécanique des sols au Département de génie civil de l’Université Laval, et par l’auteur de ce mémoire. Au total, huit essais ont été réalisés à différentes profondeurs (figure 3.4).

Sensibilité

Un sol sensible au remaniement est un sol qui se comporte comme un liquide visqueux lorsqu’il est sollicité. La sensibilité (St) du sol est un paramètre défini comme étant le rapport entre la résistance au cisaillement du sol intact (Cu) et la résistance au cisaillement du sol remanié (Cur). Ces deux derniers paramètres ont été

déterminés à l’aide du cône suédois selon la norme BNQ 2501-110 (BNQ, 1981b). Les essais pour déterminer la sensibilité ont été réalisés le 23 février 2017 par l’auteur de ce mémoire. En tout, trois essais ont été effectués à différentes profondeurs. Le sol utilisé pour ces essais provient d’échantillons intacts prélevés près de ceux utilisés pour les essais de cisaillement annulaire (figure 3.4).

Sédimentométrie

L’essai de sédimentométrie a pour but de déterminer la granulométrie des argiles et des silts, autrement dit des sols composés en majeure partie de particules ayant un diamètre inférieur à 0,075 mm. Ils sont réalisés selon la norme BNQ 2501-025 (BNQ, 1987). Les essais de sédimentométrie ont été réalisés entre les 8 et 29 juillet 2015 par Judith Fournier, stagiaire en mécanique des sols au Département de génie civil de l’Université Laval, et par l’auteur de ce mémoire. Au total, huit essais de sédimentométrie ont été réalisés à différentes profondeurs. Le sol utilisé pour ces essais provient du même endroit que celui utilisé pour les essais des limites de consistance.

3.2.2 Résultats des essais de caractérisation

Suite à l’examen tomodensitométrique, des coupes axiales ont été réalisées sur l’ensemble des échantillons de grand diamètre. Les coupes axiales des échantillons de grand diamètre utilisés dans le cadre de ce projet

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sont présentées à l’Annexe 1. Une synthèse des résultats des essais de limite de consistance ainsi que des paramètres ayant été déterminés à partir de ceux-ci est présentée au tableau 3.1. Les teneurs en eau mesurées sont quant à elles consignées au tableau 3.2. Le tableau 3.3 regroupe les résultats des essais de sensibilité. La figure 3.6 présente les courbes granulométriques ayant été générées lors des essais de sédimentométrie.

Le profil géotechnique présenté à la figure 3.7 montre l’ensemble des informations obtenues lors de la caractérisation de l’argile de Saint-Jude. Il contient une sélection représentative des coupes axiales obtenues par tomodensitométrie. Les limites de consistances, les teneurs en eau et les proportions de sable (entre 80 µm et 5 mm), de silt (entre 2 µm et 80 µm), et d’argile (< 2 µm) contenus dans le sol y sont aussi portées en graphique.

3.2.3 Analyse des résultats des essais de caractérisation réalisés

Au regard des coupes obtenues lors de l’examen tomodensitométrique (Annexe 1), on distingue bien les matériaux les moins denses : l’air qui entoure l’échantillon, en noir, le bois de la plaque sur laquelle sont déposés les échantillons, en gris très foncé, et le mélange de pellicule plastique, de paraffine et de vaseline qui enrobe l’échantillon, en gris foncé. Les sols, plus denses, apparaissent en teintes de gris plus pâles : les couches plus silteuses en gris et les couches plus argileuses en gris pâle. Comme le montrent les coupes tomodensitométriques présentées à la figure 3.7, cet examen a permis de constater que les sols prélevés sont plutôt homogènes et présentent un litage de couches aux contrastes légers de plus silteuses à plus argileuse. Ce litage subperpendiculaire à l’orientation du forage est peu distorsionné, ce qui suggère que les échantillons ont été très peu remaniés lors du carottage. Les images des échantillons de grand diamètre ne sont examinées en détails qu’avant que ces dernier soits ouvert pour être utilisé. Parmi les échantillons de grand diamètre ayant fait l’objet d’un tel examen plus détaillé, aucun objet indésirable pour la découpe n’a été repéré.

L’observation des échantillons utilisés tout au long du projet permet d’affirmer que le sol à l’étude est une argile silteuse grise présentant parfois un rubanement entre deux couches centimétriques de couleurs grise pâle et grise foncée. Des coquillages et des particules plus grossières d’un diamètre allant de 1 mm à 2 mm ont pu être observés en de rares occasions. Entre 11,24 m et 11,84 m de profondeur, des taches noires ont été observées de façon dispersée dans les échantillons (figure 3.8). Celles-ci correspondent à des sulfures. La proportion d’argile (< 2 µm de diamètre) par rapport au silt (entre 2 µm et 80 µm de diamètre) peut être déduite des courbes granulométriques obtenues au terme des essais de sédimentométrie. Ces dernières sont

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montrées à la figure 3.6. Elles ont toutes sensiblement la même allure. Elles montrent que les particules des sols testés ont pratiquement toutes un diamètre équivalent inférieur à 80 µm. La proportion de particules ayant un diamètre équivalent inférieur à 2 µm varie entre 54% et 68% selon l’essai. Au total, huit essais ont été réalisés à huit profondeurs différentes. Cela permet de tracer un profil qui apparait à la première colonne de la figure 3.7. Celui-ci indique que la granulométrie du sol est similaire sur toute la hauteur échantillonnée, excepté à une profondeur de 10,4 m où le sol est un peu plus silteux. Il est à noter que les proportions d’argile et de silt déterminées dans le cadre de cette étude sont quelque peu sous-estimées par rapport à celles déterminées aux mêmes profondeurs par Locat et al. (2011a) dans les forages avoisinant (figures 3.2 et 2.3). Les teneurs en eau mesurées le long du profil varient de 45,7% à 71,5% et ont une moyenne de 63,3%. Les valeurs minimales et maximales de limite de liquidité obtenues lors des essais de pénétration au cône suédois sont de 41,9% (à une profondeur de 10,40 m) et 57,9% (à une profondeur de 11,60 m) respectivement. Six des huit valeurs mesurées sont comprises dans l’intervalle des valeurs de limite de liquidité observées pour les argiles de la mer de Champlain, qui s’étend de 50% à 85% (Leroueil et al., 1983). Les valeurs maximales et maximales de limite de plasticité obtenues sont quant à elles de 21,9% (à une profondeur de 10,40 m) et 29,9% (à une profondeur de 9,20 m) respectivement. Ces valeurs sont comprises dans l’intervalle des valeurs de limite de plasticité observées cette fois-ci pour toutes les argiles de l’est du Canada, qui s’étend de 17% à 34% (Leroueil et al., 1983). Les valeurs d’indice de liquidité obtenues varient entre 1.15 (à une profondeur de 8,60 m) et 1.53 (à une profondeur de 9,20 m). De la même façon, ces valeurs sont comprises dans l’intervalle des valeurs d’indice de liquidité observées pour les argiles de la mer de Champlain, qui s’étend de 0,7 à 2,2 (Leroueil et al., 1983). L’indice de liquidité est dans tous les cas supérieur à 1. Les valeurs d’indice de plasticité obtenues varient entre 20.0 (à une profondeur de 10,40 m) et 28,7 (à une profondeur de 11,60 m). Le profil géotechnique présenté à la figure 3.7 permet de comparer les limites de consistances obtenues avec leurs valeurs correspondantes provenant des profils géotechniques des deux forages avoisinants (figures 3.2 et 2.3) réalisés par Locat et al. (2011a). Ces données concordent sans différence significative. Il en va de même pour les indices de liquidité et de plasticité qui en découlent.

Les valeurs de résistance au cisaillement du sol intact mesurées au cône suédois varient entre 40,8 kPa (à une profondeur de 11,24 m) et 47,5 kPa (à une profondeur de 11,70 m). Celles obtenues à des profondeurs similaires dans les deux forages avoisinants (figures 3.2 et 2.3) sont plutôt de l’ordre de 25 kPa à 30 kPa. Compte tenu du fait que ces deux forages ont été réalisés à l’aide de tubes minces, cette différence est possiblement attribuable au remaniement causé par la méthode d’échantillonnage. Les valeurs de résistance au cisaillement du sol remanié obtenues au cône suédois varient entre 1,46 kPa (à une profondeur de 10,64 m) et 1,61 kPa (à une profondeur de 11,24 m). Si l’on considère la relation présentée à la figure 2.30 et les indices de liquidité obtenus, les valeurs de résistance au cisaillement remaniée attendues devraient plutôt

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être comprises entre 0,57 kPa à 1,13 kPa. Les valeurs de sensibilité obtenues sont entre 25.3 et 30.9. Selon Holtz et Kovacs (1981), il s’agit donc d’une argile modérément sensible (entre 10 et 30).