Discussion sur l’influence de la température

L’augmentation de la température de la solution de lixiviation des sulfates des matériaux excavés conduit à une augmentation de la cinétique de passage en solution des ions sulfate. 0 20 40 60 80 100 0 50 100 150 200 250 % S O³ (lixiv ié )/SO 3( to tal )

Temps d'agitation (jours) 50°C, KOH (pH=13,5)

L’agressivité de l’attaque sulfatique par les sulfates des matériaux excavés utilisés dans le béton dépendra donc de la température de ce dernier. Un échauffement du béton dû à la prise ou dans le cas d’une préfabrication des éléments en béton, pour laquelle une température élevée est utilisée pour atteindre les résistances plus rapidement, favoriseront la libération de sulfates des matériaux. La conséquence sera alors une augmentation du risque de développement de la réaction sulfatique interne dans le matériau.

Pour utiliser les matériaux d’excavation sulfatés comme granulats à béton, le lavage dans une solution aqueuse a été évoqué pour limiter le développement de la réaction sulfatique. Compte tenu de l’influence de la température sur la lixiviation des sulfates, la solution de lavage sera alors plus efficace en augmentant la température. Cependant, le coût énergétique imputé par un chauffage de la solution de lavage peut constituer un frein à son utilisation.

III.3. Examen au microscope électronique à balayage

Les essais de lixiviation ont permis de mettre en évidence une accessibilité totale ou partielle des sulfates présents dans les différentes fractions granulométriques des matériaux excavés. Nous avons imputé cette constatation à la localisation des sulfates de calcium dans les matériaux excavés du futur tunnel de base suivant leur granulométrie. Pour vérifier cette hypothèse, des observations au microscope électronique à balayage (MEB) ont été réalisées sur surface polie pour chaque fraction granulaire des matériaux. Les observations en électrons rétrodiffusés ont été complétées par des cartographies du soufre pour une meilleure visualisation des sulfates de calcium. La Figure III-20 à la Figure III-24 présentent des observations au microscope électronique à balayage en électrons rétrodiffusés et la cartographie du soufre pour la première observation. L’interprétation de ces images est qualitative. Toutes les images ont la même échelle. Les sulfates de calcium sont indiqués par des flèches blanches.

Figure III-20 : Observations au microscope électronique à balayage des sulfates de calcium dans la fraction granulaire 0/0,315 mm des matériaux excavés

Figure III-21 : Observation au microscope électronique à balayage des sulfates de calcium dans la fraction granulaire 0,315/1 mm des matériaux excavés

Figure III-22 : Observations au microscope électronique à balayage des sulfates de calcium dans la fraction granulaire 1/4 mm des matériaux excavés

Figure III-23 : Observation au microscope électronique à balayage des sulfates de calcium dans la fraction granulaire 4/8 mm des matériaux excavés

Figure III-24 : Observations au microscope électronique à balayage des sulfates de calcium dans la fraction granulaire 8/16 mm des matériaux excavés

Le gypse et l’anhydrite dans les deux fractions les plus fines, 0/0,315 et 0,315/1 mm des matériaux d’excavation (Figure III-20 et Figure III-21), se présentent sous forme de grains de sulfates de calcium indépendants et ne se trouvent pas en en inclusion dans les granulats de ces fractions. La cinétique de lixiviation des sulfates plus élevée dans la fraction granulaire 0/0,315 mm peut s’expliquer par une plus grande finesse des sulfates de calcium que pour celle des sulfates de calcium présents dans la fraction granulaire 0,315/1 mm.

Concernant les fractions 1/4 et 4/8 mm (Figure III-22 et Figure III-23), les sulfates de calcium sont localisés à la périphérie et en inclusion dans les granulats issus des matériaux excavés. Pour la fraction 1/4 mm, les sulfates de calcium se concentrent majoritairement à la périphérie des granulats.

Pour la fraction 8/16 mm (Figure III-24), les sulfates de calcium se présentent sous forme de grains de sulfates de calcium indépendants et également en inclusion dans les granulats.

Le Tableau III-7 synthétise la localisation des sulfates de calcium dans les différentes fractions granulaires des matériaux d’excavation.

Tableau III-7 : Localisation des sulfates de calcium dans les différentes fractions granulaires des matériaux excavés

Fraction granulaire des matériaux excavés

0/0,3115 0,315/1 1/4 4/8 8/16 Localisation des sulfates de calcium Grains de sulfates de calcium +++ +++ + A la périphérie des granulats des matériaux excavés ++ + + En inclusion dans les granulats des matériaux excavés + + +

Notation : +++ exclusivement, ++ majoritairement, + présence

Les observations au microscope électronique à balayage ont montré que le gypse et l’anhydrite sont présents dans les matériaux excavés, soit sous forme de grains de sulfates de calcium indépendants, soit à la périphérie des granulats, soit en inclusion dans ces granulats. Selon la fraction granulaire des matériaux excavés, leur localisation est différente ce qui a une incidence sur la cinétique de lixiviation des sulfates.

Lorsque les sulfates de calcium sont présents en tant grains indépendants, les sulfates sont facilement et entièrement accessibles. C’est le cas pour les fractions granulaires 0/0,315 et 0,315/1 mm.

L’accessibilité des sulfates est diminuée lorsque les sulfates de calcium sont présents à la périphérie des granulats, où toute la surface des sulfates de calcium n’est plus au contact avec la solution, et sont difficilement accessibles, voire inaccessibles, quand ils sont en inclusion dans les granulats. Ces deux situations se rencontrent dans les fractions granulaires 1/4 et 4/8 mm des matériaux excavés. La différence de comportement de lixiviation des sulfates entre ces deux fractions s’explique d’une part par la présence des sulfates de calcium majoritairement en périphérie des granulats de la fraction 1/4 mm. D’autre part, le volume des granulats de cette fraction est plus faible par rapport à la fraction 4/8 mm. Les sulfates de calcium localisés en inclusion dans les granulats sont alors plus accessibles.

Concernant la fraction granulaire 8/16 mm, la localisation des sulfates de calcium associée à un prélèvement aléatoire des échantillons pour l’essai de lixiviation des sulfates

permet d’obtenir des cinétiques de lixiviation très différentes. Lorsque les sulfates de calcium se rencontrent sous forme de grains indépendants, la cinétique de lixiviation est élevée. C’est le cas pour l’essai réalisé à 50°C dans une solution d’hydroxyde de potassium à pH 12,5 (Annexe I, Figure AI-6). La faible teneur en sulfates lixiviés de la fraction 8/16 mm s’explique par la présence des sulfates de calcium en inclusion dans les granulats de cette fraction. Cela se rencontre par exemple dans l’essai à 35°C dans une solution d’hydroxyde de potassium à pH 13,5 (Figure III-17).