Essais de perméabilité

La ksat des échantillons de GCB a été déterminée à l’aide d’essais en perméamètre à paroi flexible

inspirés des normes présentées au chapitre 2, soit la D5887 (ASTM, 2009) et la D6766 (ASTM, 2012b). Dans le cadre de la présente étude, 2 types de montages ont été utilisés, soit des cellules triaxiales de Karol Warner (KW) connectées à un panneau de contrôle manuel et une cellule triaxiale de GDS utilisant le logiciel GDSLAB pour le contrôle de l’essai et l’acquisition des données. Le panneau de contrôle manuel ne permet que la réalisation d’essais à charge variable (méthodes ASTM B et C). Toutefois, puisque l’utilisation du panneau manuel ne permet pas

l’application le maintien d’une charge constante en aval (méthode B), les essais avec les cellules KW ont été réalisés selon la méthode C à charge variable (diminution de la charge en amont et augmentation de la charge en aval). De son côté, le logiciel GDSLAB ne permet que la réalisation d’essais selon la méthode à charge constante (méthode A des normes ASTM). Cette méthode a donc été utilisée pour les essais réalisés avec la cellule GDS et le logiciel GDSLAB. L’équipement et les montages utilisés afin de réalisés les divers essais de conductivité hydraulique sont illustrés aux figure 3-2 et 3-3.

Figure 3-2 : Montage utilisé pour l’essai de conductivité hydraulique avec perméamètre à paroi flexible inspiré de la norme ASTM 6766 : a) montage global; b)vessies; c) cellule triaxiale GDS.

a)

Figure 3-3 : Montage utilisé pour l’essai de conductivité hydraulique avec perméamètre à paroi flexible inspiré de la norme ASTM 5887 : a) panneau de contrôle manuel; b) cellules KW

a)

Les essais de perméabilité ont été réalisés à de faibles pressions de confinement afin de se rapprocher des conditions rencontrées dans un recouvrement minier et d’éviter l’obtention de conductivité hydrauliques faibles dues à l’utilisation de pressions confinement élevées (Conzelmann, 2017). Considérant que l’hydratation d’un GCB dans un contexte de recouvrement minier se fait entre autres par percolation de liquide au travers du matériau plutôt que par le maintien d’une colonne d’eau au-dessus du matériau, les essais de perméabilités ont débuté en faisant directement circuler de l’eau DI ou du DMAS au travers de l’échantillon à l’étude, sans procéder préalablement à la période de préhydratation de 40h prescrite par les normes ASTM. Pour les essais réalisés selon la méthode à charges variables, une pression cellulaire de 38±2 kPa a été utilisée, ainsi que des pressions initiales à la base et au sommet de, respectivement, 18±2 kPa et 3±2 kPa. Une attention particulière a été portée aux essais afin que la différence de pression entre la base et le sommet de soit jamais inférieure à 10 kPa. La contrainte effective initiale appliquée était d’environ 27,5 kPa, soit similaire à celle des normes ASTM D5887 et D6766, et a varié entre 22,3 et 31,1 kPa pendant les essais. Pour les essais réalisés selon la méthode à pression constante, une pression cellulaire de 40 kPa a été appliquée conjointement à des pressions à la base et au sommet de 20kPa et 5 kPa. Ces pressions ont été maintenues tout au long des essais avec des variations de ± 1 kPa enregistrées à l’occasion, ce qui correspond également à l’application d’une contrainte effective de l’ordre de 27,5 kPa. Les essais ont été réalisés jusqu’à l’atteinte des critères d’achèvement applicables spécifiés dans les normes ASTM D5887 et D6766. Pour les essais réalisés avec du DMAS, les critères d’achèvement en lien avec le pH recommandés par Shackelford et al. (1999) et présentés à la section 2 ont initialement été considérés mais ont été abandonnés en cours d’essais (détails à la section 4). Des échantillons liquides ont également été collectés régulièrement à la sortie de la cellule triaxiale, pendant la réalisation de l’essai de perméabilité, afin d’évaluer le pH et la conductivité électrique du liquide sortant des échantillons de GCB et l’évolution de ces paramètres électrochimiques. Il est à noter que lorsque le liquide hydratant était de l’eau déionisée, cette dernière était dégazée afin de limiter les erreurs pouvant survenir lors de la mesure de la ksat. Toutefois, lors d’hydratation avec du DMAS, ce dernière n’a pas été désaéré

afin d’éviter la modification de ses caractéristiques (p.e, potentiel d’oxydoréduction).

Puisque la perméation de la bentonite peut entraîner des modifications au niveau du volume de l’échantillon, le calcul de la conductivité hydraulique a été réalisé à partir de la superficie et de la

hauteur finale des échantillons de GCB, après les avoir retirés des cellules triaxiales. La ksat a été

évalué à l’aide de l’équation 3-6 lors des essai à charge variable:

𝑘 =

( )𝑙𝑛 (3-6)

où ksat est la conductivité hydraulique saturée en (cm/s),

ain est l’aire du réservoir contenant le liquide entrant (en cm²),

aout est l’aire du réservoir contenant le liquide sortant (en cm²),

H est l’épaisseur moyenne de la bentonite (en cm), A est l’aire du l’échantillon de GCB (en m²), h1 est la charge au temps t1 (en cm),

h2 est la charge au temps t2 (en cm) et

t est le temps écoulé entre t1 et t2 (en s).

Pour les essais à charge constante, l’équation 3-7 est utilisée :

𝑘 = (3-7)

Où Q est un volume de liquide (en cm³), correspondant à la moyenne du volume de liquide entrant et sortant de l’échantillon,

t est l’intervalle de temps (en s) pendant lequel Q se produit et

h (en cm) est la différence de charge appliquée entre la base et la tête de l’échantillon.

Il est à noter que pour faciliter la comparaison des résultats, les divers paramètres mentionnés à la présente section ont été exprimés aux section 4 et 5 en termes de volume de liquide circulant au travers de l’échantillon plutôt qu’en terme de temps. L’unité utilisé pour exprimer ce volume est le PVF (pour « pore volume of flow »), où 1 PVF correspond au volume des vides de l’échantillon.