Coulabilité

La coulabilité des différents solides étudiés a été évaluée avec des tests de cisaillement par trans-lation. Le principe de ces tests a été décrit dans le chapitre 1.4.4. Dans cette section est présenté le dispositif expérimental utilisé pour caractériser les réactifs solides et les résultats obtenus. 3.1.3.1 Description du dispositif

Le dispositif permettant d’effectuer des tests de cisaillement est une boîte de Casagrande (Figure 3.2).

Figure ^{3.2 – Boîte de Casagrande utilisée pour réaliser les essais de cisaillement}

Comme décrit dans le §1.4.4, le mouvement de translation est transmis à la partie inférieure de la boîte échantillon à une vitesse u_boite définie à l’aide de l’écran de contrôle. Pour l’ensemble des tests, cette vitesse est fixée à 2 mm/min. Un système de poids associé à un bras de levier permet d’imposer un effort normal, σN (± 2,7 %), à l’échantillon. Un capteur de déplacement permet de mesurer le déplacement de la demi-boîte inférieure par rapport à la demi-boîte supérieure fixe (±0,5 mm) . Un capteur de force permet de mesurer l’effort tangentiel, σ_H, appliqué par le moteur sur la demi-boîte inférieure (±2,8 %).

Pour chaque réactif, hydraté et déshydraté, deux tests différents ont été réalisés :

Test PP (Poudre - Poudre) : Un test avec du solide uniquement afin de déterminer l’angle de frottement poudre/poudre. L’échantillon testé est préparé avec de la poudre non-tassée. Test PI (Poudre - Inox) : Un test avec du solide et une plaque d’inox 316L afin de

déter-miner l’angle de frottement poudre/parois.

La mise en place de l’échantillon est présentée dans les Figures 3.3 et 3.4.

Figure ^{3.3 – Mise en place des échantillons pour les tests a) Poudre - Poudre et b) Poudre - Inox}

Figure ^{3.4 – Mise en place des échantillons pour les tests Solide - Inox}

Un échantillon est donc composé des deux demi-boîtes non-solidaires et de deux plaques percées servant de dispositifs de drainage pour permettre une bonne adhésion du matériau à tester sur les parois de la boîte. Pour les tests PP, la boîte est entièrement remplie de solide (Figure 3.3.a.). Pour les tests PI, la boîte inférieure est remplie de solide tandis que la boîte supérieure est vide, une plaque d’inox découpée aux dimensions des boîtes est positionnée au niveau du plan de rupture, dans la boîte supérieure (Figure 3.3.b. et Figure 3.4). Pour que la plaque d’Inox ne passe pas sous le plan de rupture lors de l’application de la contrainte normale, le solide est préalablement bien tassé avec une contrainte supérieure à la contrainte normale.

3.1.3.2 Exploitation des résultats obtenus

Chaque essai réalisé nous permet de tracer une courbe de cisaillement dépendante des maté-riaux, de la contrainte normale, τ_N, appliquée à l’échantillon mais également de l’état de consoli-dation14de l’échantillon (pour les tests PP, la poudre est testée à l’état lâche, sans consolidation). Après la rupture, la contrainte tangentielle reste constante et égale à la contrainte de cisaillement à la rupture, τ_H,rupt. On peut alors tracer une droite, appelée "lieu d’écoulement" modélisée par la loi de Coulomb :

τH,rupt=C+τNtanφ (3.6)

Avec, τ_N, la contrainte normale appliquée à l’échantillon durant l’essai, τ_H,rupt, la contrainte tangentielle provoquant la rupture de l’échantillon, C, la cohésion de la poudre qui correspond aux forces capillaires entre les grains, et φ, l’angle de frottement uniquement relatif aux forces de friction entre les particules (ou les forces de friction entre les particules et la plaque Inox dans le cas des tests PI).

Figure ^{3.5 – Exemple de}

lieu d’écoulement réel La modélisation linéaire de la résistance au cisaillement par la loi

de Coulomb (Eq. (3.6)) est une approximation qui s’éloigne du réel pour des valeurs de τ_N faibles. En effet, en traçant intégralement le lieu d’écoulement d’une poudre, on peut observer, dans certain cas, une courbure dans la gamme de τ_N faible, ce qui abaisse la valeur de cohésion obtenue (Figure 3.5). Pour déterminer la valeur de la cohésion des poudres étudiées, des tests complémentaires ont donc été réalisés avec une valeur de τ_N nulle (croix rouge sur la Figure 3.6.b.).

On considère généralement qu’une poudre est cohésive pour une

va-leur de cohésion de l’ordre de 10 à 100 kPa. En guise de comparaison, la cohésion du sable sec peut être mesurée à 0,3 - 0,52 kPa [118] et celle de l’argile, considérée comme une poudre très cohésive, peut atteindre les 75 kPa [119].

La Figure 3.6 illustre les résultats obtenus pour les tests Poudre - Poudre sur le SrCl₂ hydraté :

Figure ^{3.6 – Résultats des tests de cisaillement PP - SrCl}2.H₂O : a) Courbes de cisaillement ; b) Lieu d’écoulement

L’ensemble résultats obtenus par les essais réalisés avec la boîte de cisaillement et les calculs d’incertitude sont présentés en Annexe B et sont résumés dans le Tableau 3.3 :

Réactif C (kPa) φ_e (^◦) φ_w (^◦)

SrCl₂ 0,40 ±0,01 38,6 ± 2,6 32,1 ± 1,9

SrCl₂.H₂O 1,21 ±0,04 37,1 ± 4,1 26,8 ± 2,1

Table ^{3.3 – Résultats des tests de cisaillement}

Les angles de frottement internes (tests PP),φ_e, obtenus pour les sels hydratés et déshydratés sont proches, avec un écart relatif de 4 %. L’incertitude de mesure sur ces valeurs varie de 6,8 à 11,1 %, ce qui est acceptable pour une juste interprétation.

L’écart relatif des angles de frottement poudre-inox (tests PI),φ_w, est plus important entre les sels hydraté et déshydraté (16,7 %) et les incertitudes obtenues sont du même ordre de grandeur pour les deux matériaux (respectivement 7,7 et 6,1 %).

Les valeurs de cohésion, C, des deux poudres sont bien inférieures à 10 kPa, on peut donc es-timer que les sels réactifs non-tassés étudiés sont très peu cohésifs.