2. DES DONNEES DE SITE AU LABORATOIRE 41
2.3.5. Déroulement du cycle annuel d’altération accéléré
Température de dégel (°C) 10
Tableau 2-11 Tableau récapitulatif pour déterminer le cycle d'altération accéléré d'un calcaire et de son site respectif
Ainsi, si on choisit un autre site pour lequel on peut obtenir les valeurs de N1, N2 et T, il est alors possible d'avoir le cycle annuel d'altération accéléré qui lui correspond. Nous allons d'ailleurs y revenir pour l'étude d'un troisième calcaire, au Chapitre 7.
2.3.5. Déroulement du cycle annuel d’altération accéléré
2.3.5.1. Procédures d'essais (saturation, gélivation, dissolution)
Pour la procédure de saturation à 48 heures, nous nous sommes basés sur la procédure décrite dans la norme NF B10-504 (1973). Pour conserver le degré de saturation d'une manipulation à l'autre constant dans l'échantillon, nous avons choisi de les placer chacun dans une membrane en latex (Figure 2-33).
Figure 2-33 Eprouvette placée dans sa membrane en latex
La procédure de gélivation consiste en des cycles de gel-dégel qui se déroulent de la façon suivante, inspirée de la norme NF EN 12371 (2010):
- 6 heures de gel à -5°C à l'air
- 6 heures de dégel à 10°C dans l'eau.
Le dégel s'effectue dans l'eau pour assurer une mise à la température de dégel de l'échantillon homogène et efficace.
Ces cycles sont programmés grâce au programmateur de l'enceinte climatique (Figure 2-34).
Enceinte climatique Eprouvettes dans le bac de l'enceinte
Figure 2-34 Les différents éléments de l'enceinte climatique utilisée pour réaliser les cycles de gel-dégel Pour la procédure de dissolution, nous n'avons pas pu nous baser sur une norme, car il n'existe par de procédure d'évaluation de la sensibilité d'un échantillon de calcaire à la dissolution. Nous avons donc mis au point une procédure :
- représentative des conditions in situ
- permettant d'effectuer l'étape de dissolution sur un grand nombre d'éprouvettes (2*40, cf. paragraphe 2.3.5.2)
Or, sur le terrain, l'eau acide arrive en surface des éprouvettes et percole par gravité et capillarité, nous avons donc choisi de reproduire ce phénomène en appliquant la solution acide sur la face supérieure des éprouvettes, leur membrane en latex obligeant l'eau à percoler dans l'éprouvette par gravité. Cette méthode permet également de pouvoir réaliser l'étape de dissolution sur l'ensemble des éprouvettes simultanément.
Figure 2-35 Dessiccateurs utilisés pour réaliser l'étape de dissolution
Pour limiter au maximum l'évaporation de l'eau acide présente sur la surface des éprouvettes, et donc maximiser son infiltration, les éprouvettes sont placées dans un dessiccateur avec un couvercle (Figure 2-35), dans une salle climatisée à 20°C.
La solution acide de pH 3 est obtenue en mélangeant de l'eau distillée avec une solution de HCl à 37%.
2.3.5.2. Procédures d'évaluation de l’endommagement
Le choix des mesures réalisées sur les éprouvettes au cours de ces cycles annuels d'altération accélérés fait l'objet du Chapitre 3.
Néanmoins, nous savons d'ores et déjà qu'il sera nécessaire de réaliser des mesures issues d'essais non destructifs et destructifs pour évaluer l'endommagement des éprouvettes au fur et à mesure des cycles.
Une mesure mécanique non destructive judicieusement choisie sera donc faite sur toutes les éprouvettes entre chaque étape de chaque cycle. Cette mesure est déterminée dans le Chapitre 6 (6.2).
Et, après chaque cycle, certaines éprouvettes seront prélevées de l'ensemble des éprouvettes pour la réalisation de mesures issues d'essais destructifs et non destructifs pour une étude approfondie. Ces mesures, et observations, sont décrites dans le Chapitre 5 (5.2 et 5.3).
La capacité de l'enceinte climatique utilisée pour les cycles de gel-dégel limite le nombre d'éprouvettes à 40 par calcaire (Figure 2-34). Nous adaptons donc le programme de mesures à cette contrainte pratique.
2.3.6. Conclusion
Un cycle annuel d'altération accéléré représentatif des conditions réelles d'altération a été obtenu par la modélisation de la variation du degré de saturation au cours d'une année, des conditions de gélivation et des conditions de dissolution.
Il se base sur des données Météo France de températures et de précipitations. Diverses simplifications ont été opérées et justifiées par des références bibliographiques ou des expériences.
Ce modèle de cycle a été établi de manière à être applicable pour un autre calcaire sur un autre site.
Un cycle annuel d’altération accéléré correspond à :
- 14 jours de dissolution et 28 cycles de gel-dégel pour le calcaire de Chamesson en Côte d’Or, soit 28 jours de vieillissement accéléré ;
- 7 jours de dissolution et 8 cycles de gel-dégel pour la Pierre de Lens dans le Gard, soit 11 jours de vieillissement accéléré.
2.4. Conclusion
Ce Chapitre a permis de choisir les calcaires de référence et les sites d’étude : le calcaire de Chamesson en Côte d’Or et la Pierre de Lens dans le Gard. Ces sites ont été choisis pour leurs différences climatiques. Les calcaires ont été choisis pour les similitudes (texture et porosité) mais aussi parce qu’ils présentent une différence majeure : ils n’ont pas la même sensibilité à la gélivation. Ces critères de choix vont permettre une analyse fine des résultats obtenus dès le Chapitre 5.
Dans ce chapitre, nous avons établi un modèle de cycle annuel d’altération accéléré constituant la base des expérimentations qui vont suivre. Ce modèle est applicable à l’ensemble des conditions climatiques présentes en France métropolitaine mais aussi à d’autres calcaires oolithiques.
Avant de commencer à opérer des cycles annuels d'altération accélérés sur les calcaires de référence, le prochain chapitre sera consacré à la détermination des mesures adaptées pour caractériser l'endommagement que nous étudions.
Bibliographie
Bessac J.-C. « Les carrières du Bois des Lens (Gard) ». Gallia. 2002. p. 29-51.
Bost M. Altération par le gel des massifs rocheux: étude expérimentale et modélisation des
mécanismes de génération des contraintes dans les fissures. Thèse. Paris : Ecole Nationale
des Ponts et Chaussées, 2008. 281 p.
Çengel Y. A., Boles M. A., Lacroix M. Thermodynamique: Une approche pragmatique. 6e éd. Montréal : Mc Graw Hill, 2009. 784 p. ISBN : 9782804101251.
Charmoille A. Etude du karst profond de la vallée du Doubs. Besançon : DIREN Franche-Comté, 2002.
Djebbar M. « Le système karstique hydrothermal constantinois (Algérie nord orientale): structure et fonctionnement. ». In : Proceedings of the 8th conference on limestone
hydrogeology. Neuchâtel : Nico Goldscheider, Jacques Mudry, Ludovic Savoy & Francois
Zwahlen, 2006. p. 105-108.
Dorange G., Marchand A., Le Guyader M. « Produit de solubilité de la calcite et constantes de dissociation de CaHCO3+ et CaCO30 entre 5 et 75 °C ». Revue des Sciences de l’Eau. 1990. Vol. 3, n°3, p. 261-275.
Dubé I. De mm à cm ... Etude des rapports neige/eau liquide au Québec. SMC - Région du Québec : BSME Rimouski, 2003.
Fagerlund G. « Degré critique de saturation un outil pour l’estimation de la résistance au gel des matériaux de construction ». Materials and Structures. 1971. Vol. 4, n°5, p. 271-285. Fort P. « Propriétés et caractéristiques de l’air humide ». In : Techniques de climatisation et
de conditionnement de l’air humide [En ligne]. Web : Pascal Fort, 2011.
< http://www.dimclim.fr/ >
Foucault A., Raoult J. P. Dictionnaire de géologie. 6e éd. Paris : Dunod, 2005. 382 p.
Gérôme-Kupper M. Les vitesses d’érosion du calcaire. Etude de processus actuels sous
différents climats. Thèse. Liège : Université de Liège, 1980. 239 p.
Mamillan, Cuendet. Etude du comportement au gel d’une pierre tendre de 0,15 cm (Vassens)
soumise à une pluie artificielle sur 1 face. Saint-Rémy-Lès-Chevreuses : Centre d’Etude du
Batiment et des Travaux Publics - Service Central Matériaux, 1988. (Recherche effectuée en coopération entre le CSTB (station climatique de Nantes) et le CEBTP (service de recherche sur les matériaux)).
Météo France. Bulletins météorologiques [En ligne]. Web : Météo France, 2009a. < www.meteofrance.com >
Météo France. La mesure de la hauteur des précipitations. Web : Météo France, 2009b. (Les mesures).
Miserez J.-J. Géochimie des eaux du karst jurassien (Contribution physico-chimique à l’étude
des altérations). Thèse. Neuchâtel : Université de Neuchâtel, 1973. 319 p.
NF B10-504. Produits de carrières - Pierres calcaires - Mesure du coefficient d’absorption
d’eau. août 1973.
NF B10-601. Produit de carrières - Pierres naturelles - Prescription générale d’emploi des
pierres naturelles. 2006.
NF EN 12371. Méthodes d’essai pour pierres naturelles - détermination de la résistance au
Parriaux A. Géologie: bases pour l’ingénieur. 1er éd. Lausanne : Presses polytechniques et universitaires romandes, 2006. 516 p. ISBN : 2-88074-555-1.
Prick A. « Critical Degree of Saturation as a Threshold Moisture Level in Frost Weathering of Limestones ». Permafrost and Periglacial Processes. 1997. Vol. 8, n°1, p. 91-99.
Remy J.-M. Influence de la structure du milieu poreux carbonaté sur les transferts d’eau et
les changements de phase eau-glace. Application à la durabilité au gel des roches calcaires de Lorraine. Thèse. Nancy : Institut National Polytechnique de Lorraine, 1993. 355 p.
Salomon J.-N. Précis de Karstologie. 2e éd. Pessac : Presses Universitaires de Bordeaux, 2006. 285 p. ISBN : 2-86781-411-1.
Talour B. « Un karst d’altitude dans le massif de la Vanoise ». Revue de géographie alpine. 1978. Vol. 66, n°2, p. 201-207.
Thomachot C. Modifications des propriétés pétrophysiques de grès soumis au gel ou
recouverts « d’encroûtements noirs vernissés ». Strasbourg : Université Louis Pasteur,
Strasbourg I, 2002. 346 p.