Prélèvement du limon

Pour les essais au laboratoire deux grands blocs intacts de limon ont été prélevés. On a creusé jusqu’à 70 cm de profondeur afin de trouver une couche de sol homogène. La période qui a précédé le prélèvement (septembre 2003) était très sèche et en conséquence le sol avait une teneur en eau massique naturelle très faible de 14 %. Les deux blocs ont été paraffinés (Figure II - 4 b) sur place afin de garder le sol dans son état naturel. Ils ont été ensuite conservés dans une chambre d’humidité contrôlée.

a

b

Figure II - 4. Prélèvement d’un bloc intact de limon in situ 2.1.2.4 Analyse granulométrique

Afin de mieux connaître la composition du sol in situ et voir s’il était homogène on a réalisé une série d’analyses granulométriques jusqu’à une profondeur de 335 cm. Les prélèvements ont été effectués tous les 30 cm à l’aide d’une tarière. On présente sur la Figure II - 5 seulement les résultats obtenus jusqu’à 1 m de profondeur, qui correspond à une zone soumise aux effets des échanges sol – atmosphère.

1E-30 0,01 0,1 1 20 40 60 80 100

P

our

cen

ta

ge cumul

é (%

)

Diamètre (mm)

Figure II - 5. Granulométrie du limon à plusieurs profondeurs 2.1.2.5 Limites d’Atterberg

Les essais ont été effectués sur la fraction du matériau passant au tamis de 0,4 mm. On a obtenus les résultats suivants :

Wl = 28,5 % ; Wp = 19,8 % ; Ip = 8,7

Dans le diagramme de Casagrande, le sol étudié se place entre la zone des argiles de faible plasticité et la zone des limons de faible compressibilité. Il s’agit d’un limon peu plastique (5 < Ip = 8,7 < 15).

2.1.2.6 Conductivité thermique

On a réalisé quelques mesures de conductivité thermique du limon à l’aide d’une sonde. Un seul échantillon a été utilisé avec une teneur en eau massique initiale de 16,4 %. Pour cela on a perforé l’échantillon de limon (Φ 38 mm et H 70 mm) en son milieu (Figure II - 6 a) et inséré la sonde d’une longueur de 60 mm dans le trou ainsi réalisé. On procède ensuite directement à une mesure de la conductivité de limon (Figure II - 6 b). Trois mesures ont été effectuées dont les résultats sont présentés au Tableau II - 1. On observe une dispersion assez importante des valeurs mesurées.

a

b

Figure II - 6. Mesure de la conductivité thermique

Echantillon Conductivité thermique k (W/mc) Résistance thermique R =1/k (mc/W) Diffusivité thermique D (mm²/s) Température ambiante 1 1,51 0,66 0,41 24,20 2 1,31 0,76 0,51 21,00 3 1,60 0,63 0,38 20,50

2.2 Développement du tensiomètre

Sa conception est basée sur celle du tensiomètre d’Imperial College. Notre premier objectif a été de vérifier les différents effets déjà observés par les chercheurs qui ont travaillé sur le même type de capteur. Une attention particulière a été accordée aux différents effets physiques (cavitation, corrosion etc.). On a commencé avec un seul capteur, sans acquisition automatique. Les premiers tests effectués ont été réalisés sur son fonctionnement. Après les premiers cycles saturation – cavitation on a observé une chute des valeurs maximales mesurées, accompagnée d’une mauvaise performance du tensiomètre. Après de minutieuses vérifications on a constaté que la colle utilisée ne répondait pas aux exigences demandées. Il a fallu donc rechercher une colle appropriée. D’autres tests ont suivi avec le même capteur, cette fois avec une acquisition automatique complète. Les résultats des tests ont été positifs ; le tensiomètre fonctionnait et les valeurs mesurées étaient élevées (pendant les cycles de cavitation on a obtenues des valeurs entre 1100 et 1573 kPa). Cette première étape franchie, on a poursuivi les tests par des mesures dans le temps. Les premiers furent négatifs à cause d’un défaut du système d’isolation. Après la résolution de ce problème on a testé à nouveau le tensiomètre mais sans succès : on a observé alors une dérive des valeurs mesurées, qui était due à un décollement de la jauge de tension sur le diaphragme. Ce défaut était le résultat d’entrée d’eau dans la partie se situant sous le diaphragme là où était collée la jauge de déformation, ceci ne mettait pas en cause le fonctionnement fondamental du tensiomètre.

On a modifié le capteur de façon à ce que toute la partie mécanique forme un monobloc, assurant ainsi l’étanchéité à l’arrière du diaphragme. Le travail s’est poursuivi avec deux nouveaux tensiomètres et une grande cellule de saturation. Les tests effectués sur le fonctionnement et la performance du capteur ont été concluants. On est alors passé à l’étape suivante : la durée de mesure dans le temps. Pour ce faire, on a préparé un échantillon de sol à une succion relativement faible de 120 kPa et on a placé les deux tensiomètres en contact avec l’échantillon de sol. Le résultat était celui qu’on espérait : les deux tensiomètres ont mesuré la succion pendant aux moins deux semaines (16 et 18 jours). Ce résultat est primordial car il a confirmé la capacité du tensiomètre à mesurer la succion pendant une période suffisamment longue (au moins deux semaines). Ces tests ont pris un

temps relativement long en raison d’un nombre limité de capteurs (deux), qui ne permettait pas un enchaînement des tests.

La confirmation du bon fonctionnement du tensiomètre a ouvert l’horizon pour les autres développements expérimentaux nécessaires pour la réalisation des essais hydro– mécaniques, la colonne d’infiltration entre autres. Cinq autres tensiomètres ont été fabriqués pour répondre à différents besoins.

2.2.1 Conception du tensiomètre

Dans mon étude expérimentale le capteur de succion (tensiomètre) constitue l’outil de travail essentiel. Donc il était important d’assurer sa fiabilité durant un temps de mesure long. La performance du tensiomètre se traduit aussi par son étendue de mesure, supérieure à 1,5 MPa (la valeur d’entrée d’air de la pierre poreuse céramique). Dans notre cas on avait fixé le seuil inférieur admissible à 1 MPa, valeur estimée pour les sols à tester. Il s’est avéré que pour les 7 tensiomètres disponibles, ce seuil était facile à atteindre à condition de suivre attentivement la procédure de saturation et d’application de cycles cavitation – saturation. Dans les paragraphes suivants on fera une description détaillée des éléments concernant la partie mécanique et leur influence sur le fonctionnement du tensiomètre. On spécifie : la taille du réservoir d’eau, la distance de vide nécessaire entre la pierre poreuse et le corps du tensiomètre, les dimensions du diaphragme et le choix de la colle appropriée. On s’est basé en partie sur les recommandations des autres auteurs (partie 1.4 de l’étude bibliographique). Les éléments du tensiomètre sont montrés schématiquement sur la Figure II - 7.

Figure II - 7. Schéma du tensiomètre

Pierre poreuse Joint d’étanchéité Chambre d’eau Diaphragme Jauge de déformation Colle Araldite