Objectif

Afin de comparer le comportement hydromécanique de l’argile de Boom en condition K0 dans la cellule triaxiale avec celui dans la cellule oedométrique (paragraphe 2.8.2.2), une série d’essais triaxiaux sur l’éprouvette perpendiculaire au plan du litage en empêchant la déformation latérale a été réalisée. L’évolution du rapport entre la contrainte verticale effective (v’) et la contrainte horizontale effective (h’) est également étudiée.

131

2.9.2. Principe et matériels

Lorsque l’éprouvette de l’argile de Boom (D = 38 mm, H = 76 mm) est bien saturée, elle est cisaillée à déformation contrôlée dans la cellule triaxiale sous presse (HP1) (Figure 2-40). Le programme d’asservissement est modifié pour contrôler la déformation radiale moyenne de l’échantillon (grâce aux capteurs de déformation locaux) { presque zéro afin d’assurer l’état K0. La température de l’essai triaxial HP1 est toujours contrôlée { 25°C par le cordon chauffant entourant l’enceinte { l’extérieur de la cellule et piloté par un régulateur de température lié { un thermocouple installé { l’intérieur de l’enceinte. L’eau synthétique pour saturer l’éprouvette dans la cellule d’interface est aussi chauffée à 25°C. Plus de détails sur la conception de la cellule triaxiale sous presse HP1 peuvent être trouvés dans les thèses de Le (2008) et de Nguyen (2013).

Figure 2-40 : Essai triaxial sous presse (HP1).

2.9.3. Procédure d’essai

L’essai triaxial avec empêchement de la déformation latérale est effectué sur la cellule triaxiale sous presse HP1 avec 4 capteurs radiaux (LVDT 0, LVDT 1, LVDT 2, LVDT 4) et 2 capteurs axiaux (LVDT 5, LVDT 6). Cette cellule est équipée de deux capteurs de force (intérieur et extérieur) et un capteur de déplacement vertical { l’extérieur.

132

La procédure de cet essai triaxial est comme celle d’un essai triaxial normal, sauf que le programme d’asservissement est modifié pour contrôler la déformation radiale. Cette procédure comporte trois phases principales : consolidation, re-saturation, et cisaillement.

 Dans la première phase, l’éprouvette, après être taillée et installée dans la cellule triaxiale sous presse, est consolidée de façon isotrope par palier jusqu’{ la contrainte verticale effective ’v = 2,4 MPa (paliers de chargement : 0,2 MPa → 0,5 MPa → 1,0 MPa → 1,5 MPa → 2,0 MPa → 2,4 MPa).

 Lorsque la consolidation sous le dernier palier (2,4 MPa) est stable, la 2ème _{phase (re-} saturation) commence. L’eau synthétique est injectée dans l’échantillon grâce { un système de CPV contre-pression et cellule d’interface mise dans un bain thermostaté (température contrôlée à 25°C) (Nguyen, 2013). A ce stade, la contre-pression et le confinement sont augmentés en même temps pour que la pression de confinement effective soit constante (2,4 MPa). Cette phase provoque en général un gonflement de l’éprouvette.

 Lorsque l’éprouvette ne gonfle plus, le cisaillement à une vitesse de cisaillement de 0,001 mm/min commence. A ce moment-l{, le programme d’asservissement pour contrôler la déformation radiale moyenne (équation (0.0)) est démarré. La tolérance du déplacement radial () est de  0,005 mm (pour l’essai K1HP1) et de  0,001 mm (pour trois essais K2 HP1, K3HP1, K4HP1) correspondant à des déformations radiales moyennes r de 0,025% et 0,005%, respectivement. Quand la déformation de l’éprouvette dépasse cette tolérance, le confinement est automatiquement augmenté de 160 kPa ou de 32 kPa de plus ou de moins (voir les équations (0.0), (0.0), (0.0), (0.0)). L’essai triaxial s’arrête quand la déformation axiale atteint 10% - 15%. ( 0) ( 1) ( 2) ( 4) 4       rLVDT  rLVDT  r LVDT  rLVDT r (0.0) Pour la condition  =  0,005 mm : 0 0.025% 0 160 ( )

r r pconfinement pconf kPa

      _(0.0)

0 0.025% 0 160 ( )

r r pconfinement pconf kPa

133 Pour la condition  =  0,001 mm:

0 0.005% 0 32 ( )

_r _r   p_confinement  p_conf  kPa (0.0)

0 0.005% 0 32 ( )

_r _r   p_confinement p_conf  kPa _(0.0)

2.9.4. Programme d’essais

Les essais triaxiaux en condition K0 avec les propriétés initiales des éprouvettes sont présentés dans le Tableau 2-10.

Tableau 2-10 : Programme des essais triaxiaux en condition K0.

Essai Condition Charge-_ment Nom de _{carotte (°)}  d

Mg/m3 w % e₀ (-) S_r (%) s (MPa) K1HP1 (*) Triaxial; _r=0.005mm 0.001mm/min R66-67W 20.3 (2012) 0 1.59 23.1 0.68 91 2.7 K2HP1 (*) Triaxial; _r=0.001mm 0.001mm/min R66-67W 20.3 (2012) 0 1.59 23.0 0.68 90 3.6 K3HP1 _Triaxial; r=0.001mm 0.001mm/ min R66-67W 20.3 (2012) 0 1.59 23.0 0.68 91 2.8 K4HP1 _Triaxial; r=0.001mm 0.001mm/ min R66-67W 20.3 (2012) 0 1.61 22.6 0.66 90 3.6 (*) éprouvette triaxiale sans drainage latéral (c’est-à-dire sans papier filtre autour de l’éprouvette)

2.10. Essai triaxial

2.10.1.

Objectifs

L’anisotropie du comportement déviatorique de l’argile de Boom naturelle est étudiée par des essais triaxiaux sur trois types d’échantillons triaxiaux (perpendiculaire, parallèle et incliné 45° au plan du litage). Le module de cisaillement sous confinement est aussi étudié { l’aide des éléments piézoélectriques installés dans l’embase supérieure et inférieure de la cellule triaxiale auto- compensée HP3. Grâce { ce système, les cinq paramètres élastiques d’un modèle anisotrope développé pour l’argile de Boom sont déterminés. Les influences des chemins de contrainte et la direction de l’échantillonnage sont analysées.

134

2.10.2.

Principe et matériels

Deux cellules triaxiales sont utilisées : cellule sous presse HP1 et cellule auto-compensée HP3. La cellule sous presse HP1 a été présentée dans le paragraphe précédent. Pour étudier le comportement déviatorique avec cette cellule triaxiale HP1, il suffit simplement de désactiver la fonction du contrôle de la déformation latérale dans le programme d’asservissement.

La cellule auto-compensée HP3 comporte trois parties : chapeau auto-compensé, cellule de confinement et l’embase. Dans la cellule auto-compensée, la pression de confinement est transmise dans la chambre auto-compensée dont la section agissant sur le piston est égale à la section du piston. Grâce à ce système, toute la force axiale engendrée par la pression appliquée dans la chambre déviatorique est transmise { l’éprouvette (en supposant qu’il n’y ait pas de frottement latéral significatif entre le piston et le chapeau auto-compensé). La phase de cisaillement pourrait être réalisée en contrôlant soit la déformation, soit la contrainte. Dans cette étude, le cisaillement dans la cellule auto-compensée est contrôlé par un CPV pour que la vitesse de déplacement vertical soit de 0,001 mm/min.

L’embase de la cellule auto-compensée HP3 est modifiée pour installer les éléments piézoélectriques (Figure 2-41). Trois jeux d’éléments piézoélectriques sont installés : S4P4, S3P3, et SAPA. Les autres caractéristiques de la cellule auto-compensée sont présentées dans les travaux de thèses de Le (2008) et de Nguyen (2013).

135

2.10.3.

Procédure d’essai

Les normes françaises pour l’essai triaxial NF P 94-070 (AFNOR, 1994a) et NF P 94-074 (AFNOR, 1994b) sont utilisées. Un essai triaxial normal comporte 3 phases : consolidation, re-saturation et cisaillement. Pour l’essai triaxial auto-compensé, la préparation de l’éprouvette avant l’essai est plus compliquée en raison de la mise en place des éléments piézoélectriques. Il faut préparer deux fentes (qui vont accueillir les éléments piézoélectriques) suffisamment profondes pour que les deux lames ne soient pas abimées pendant les phases de consolidation et de cisaillement. Mais il ne faut pas creuser trop profond dans le sol, sinon le milieu testé deviendra non homogène. Un petit calcul tenant en compte le tassement du sol pendant les phases de consolidation et de cisaillement est fait pour déterminer les dimensions appropriées de ces deux fentes.

2.10.4.

Programme d’essai

Les essais triaxiaux à contrainte de confinement constante avec les propriétés initiales des éprouvettes sont présentés dans le Tableau 2-11.

Tableau 2-11 : Programme des essais triaxiaux.

Essai Nom de carotte r (m) _(°)  d

(Mg/m3) w (%) e0 (-) S_r (%) s (MPa) Mesures BE (*) T1HP1 R66-67W 20.3 (2012) 22.0 0 1.61 22.7 0.66 92 - - T2HP1 R66-67W 20.3 (2012) 22.0 90 1.61 22.5 0.65 92 - - T3HP3 (a_{) R66-67W 18.2 (2012) 19.9 90 1.59 23.6 0.68 92 2.8} Vs(hv) ;Vp(h) T4HP1 R66-67W 18.2 (2012) 19.9 45 1.64 19.9 0.63 85 4.8 - T5HP3 (b_{) R66-67W 19.1 (2012) 20.5 90 1.65 22.5 0.62 97 3.3 Vs(hv) ;Vp(h)} T6HP3 (b_{) R66-67W 4.2 (2012) 5.9 90 1.66 21.9 0.61 96 3.6 Vs(hh) ;Vp(h)} T7HP3 (c_{) R66-67W 4.2 (2012) 5.9 90 1.66 21.8 0.61 96 4.0 Vs(hv) ;Vp(h)} T8HP3 (c_{) R66-67W 13 (2012) 13.1 0 1.62 22.9 0.64 95 3.2 Vs(vh) ;Vp(v)} T9HP3 (c_{) R66-67W 13 (2012) 13.1 45 1.61 22.8 0.66 94 - Vs(45h) ;Vp(45)}

(a_{) : jeu d’éléments piézoélectriques S4P4 utilisé pour mesurer la vitesse d’ondes Vs et Vp.} (b_{) : jeu d’éléments piézoélectriques S3P3 utilisé pour mesurer la vitesse d’ondes Vs et Vp.} (c_{) : jeu d’éléments piézoélectriques SAPA utilisé pour mesurer la vitesse d’ondes Vs et Vp.}

(*) : Mesures de la vitesse d’ondes Vs et Vp par des éléments piézoélectriques (BE). Pour l’onde de cisaillement dans plusieurs directions Vs(ij), sa signification d’onde de cisaillement a été expliquée au chapitre 1. Pour l’onde de compression :

 Vp(h) : la vitesse d’onde propagée dans la direction parallèle au litage ;

 Vp(v) : la vitesse d’onde propagée dans la direction perpendiculaire au litage ;

136

2.11.Conclusions

Les techniques expérimentales pour étudier le comportement anisotrope de l’argile de Boom ont été développées.

Les caractérisations initiales et la préparation d’échantillon sont d’abord présentées. Le plan du litage de l’argile de Boom est relativement facile { identifier { l’œil nu. Suivant la stratification naturelle, trois types d’échantillons sont préparés pour étudier le comportement anisotrope. Plusieurs échantillons avec différentes distances par rapport { l’axe de la galerie sont aussi préparés afin d’observer l’influence de la zone endommagée autour de la galerie sur les propriétés thermo- hydro-mécaniques de l’argile de Boom.

La condition de drainage pendant l’essai triaxial était également vérifiée. Elle est améliorée en enroulant un papier filtre autour de l’éprouvette. Deux simulations par un code d’éléments finis (code Bil) ont été réalisées en considérant le modèle MCC et deux conditions de drainage différentes : drainage axial, drainage axial et latéral. L’effet du drainage latéral (papier filtre autour de l’éprouvette) sur le comportement hydromécanique de l’argile de Boom a été mis en évidence via ces simulations.

Les observations au niveau de la microstructure par la porosimétrie au mercure et par le MEB sont réalisées. Ces résultats sont utilisés pour expliquer les phénomènes observés dans les mesures de la conductivité thermique et du module de cisaillement.

Les développements d’appareillage ont été réalisés ; ceci concerne principalement la cellule oedométrique modifiée et la cellule triaxiale auto-compensée modifiée. En combinant avec le développement du programme d’asservissement pour l’essai triaxial HP1 en condition K0, le comportement hydromécanique en condition de déformation latérale nulle est étudié, aussi bien dans la cellule triaxiale que dans la cellule oedométrique. De plus, grâce aux capteurs piézoélectriques installés dans les embases modifiées de la cellule triaxiale auto-compensée HP3, une étude sur les cinq paramètres élastiques d’un modèle anisotrope peut être menée.

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Chapitre 3

Caractérisation de l’EDZ par essais

au laboratoire

Chapitre 3 : Caractérisation de l’EDZ par essais au laboratoire