Teneur en matières volatiles assimilées à la matière organique des sols

Les mesures de la teneur en matières volatiles des sols sont associées à la matière organique par la norme XP P94-047 (1998). Cette norme prévoit une mesure de la perte de masse des matériaux entre 40°C et 450-550°C. Les mesures sur les matrices totales des deux sols testés, les différentes fractions granulaires et les différentes familles de composants du squelette granulaire de ces sols sont présentées dans le Tableau 19 et le Tableau 20.

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Tableau 19: Teneurs en matière organique (ou matières volatiles) mesurées par la norme XP P94-047 (1998) : première et seconde série de mesures sur la fraction totale et les fractions granulométriques

Première série de mesures Sol Boulogne Sol Ivry

0-2 mm <80 m 0-2 mm <80 m

Moyenne (%) 5,2 6,3 6,7 8,0

Écart type 0,1 0,1 0,8 2,3

Nombre de prises d'essais 3 3 3 3

Seconde série de mesures (%) Fraction totale <80 m 80-400 m >400 m SB MV450°(%) 11,0 8,9 8,1 4,1 SB MV550°(%) 14,6 10,4 10,2 6,0 SI MV450° (%) 3,5 4,3 6,1 3,4 SI MV550° (%) 6,8 5,3 6,4 6,3

Les valeurs de teneurs en matière organique du sol obtenues sur les deux fractions testées 0/2 mm et 0/80 µm montrent que les matériaux présentent dans l’absolu de faibles quantités de matière organique. Cependant ces valeurs sont non négligeables dans le domaine des terrassements, où des teneurs en matière organique supérieures à 5% permettent d’assimiler le sol à un sol organique de surface. Un tel comportement nous amène à nous poser la question quant à la nature de cette « matière organique » que l’on appellera désormais « matières volatiles ».

Tableau 20. Teneurs en matière organique (ou matières volatiles) mesurées par la norme XP P94-047 (1998) sur les composantes des sols issues de l’essai de tri

X1 SNF SF Ru Rc Rb Gy rs (g/cm3) SB 2,62 2,40 3,73 2,67 2,62 2,63 2,42 rs, calciné (g/cm3) 2,71 2,50 3,85 2,64 2,67 2,65 2,86 *MV450°(%) 8,4 16,6 1,1 1,6 4,3 0,9 4,8 **MV550°(%) 8,6 22,6 1,1 1,5 5,1 1,3 15,3 rs (g/cm3) SI 2,60 2,49 4,00 2,67 2,65 2,65 2,43 rs, calciné (g/cm3) 2,67 2,73 4,21 2,67 2,67 2,65 2,88 ***MV450°(%) 5,5 7,8 5,4 1,1 2,2 0,8 4,3 ***MV550°(%) 7,3 19,7 6,3 2,0 4,7 1,2 5,0 **MV550°(%) 9,1 20,3 7,4 1,9 4,5 1,4 17,5

*La température du séchage initiale était de 105°C, **La température du séchage initiale était de 50°C, *** la température de séchage initial était de 40°C

Si l’on considère que les matières volatiles sont bel et bien de la matière organique rencontrée dans les sols de surface, ces valeurs sont surprenantes car les sols ont été prélevés en profondeur à plus de 1-1,5 mètres. En effet, pour ce type de matériaux, les arrivées d’eau sont faibles et l’activité microbienne est généralement diminuée (Wei, 2013). On pourrait s’attendre à de faibles teneurs en matière organique dans ces conditions. Par ailleurs, il est connu que la teneur en MO des sols

« naturels » tend à décroître avec la profondeur (Jobbagy et Jackson, 2000 ; Gorbov, 2013). Le comportement d’un sol urbain semble différent mais Lorenz et al. (2005) ont montré par exemple que, jusqu’à une profondeur de 1,9 m, les sols urbains peuvent contenir une quantité importante de biomasse microbienne avec un métabolisme actif.

Quant à la répartition de la matière volatile dans les composants du squelette granulaire, elle semble inégale. La présence de matière organique que l’on rencontre dans les sols agricoles étant peu probable dans les scories, l’origine des matières volatiles devra être cherchée ailleurs. La température de calcination des SF a un impact sur leur MV. À 450°C, la teneur en matière volatile est de 16,6% pour SB et de 7,8% pour SI. À 550°C, elle est de 22,6% et 19,7%. En revanche, on ne remarque pas d’impact de la température de séchage avant essai. Pour mettre en évidence l’impact de la matière volatile, des mesures de densités après calcination à 550°C ont été réalisées. La densité des particules rs semble sensible à la température de calcination dans le cas des scories ferreuses. Elle augmente de 0,1-0,2 g/cm³ entre 450°C et 550°C. La perte de masse après calcination à 450-550°C des SNF est quant à elle faible pour SB et indépendante de la température de calcination. Pour SI, la masse volatile MV450°C des SF est élevée (soit 5,4%) et MV550°C est supérieure de 1%. Les densités des SF semblent suivre le même comportement que les MV des SF dans le sol SI. Elles sont de 3,73 et 4,00 g/cm3 et gagnent environ 0,1-0,2 g/cm3 après calcination comme pour les SNF.

Les proportions de matières volatiles dans les scories non ferreuses sont donc particulièrement importantes, de même que dans le gypse et les sols fins et avec des proportions moins élevées dans les bétons et les roches naturelles. Dans ce cas, les valeurs mesurées par perte de masse lors de la calcination peuvent être attribuées à plusieurs phénomènes : dégradation d’hydrocarbures (les pollutions en composés organiques volatiles ont été écartés avant le début de la thèse avec mesures avant et après excavation des matériaux du site mais des traces de ce type de polluants ne sont pas exclues), déshydratation de différentes phases (c’est notamment le cas du gypse),... Par exemple, les densités mesurées sur la famille des Rc sont légèrement sensibles à la calcination avec un gain de 0,02-0,05 g/cm³ lorsque la température de calcination passe de 450 à 550°C, cette perte de masse est attribuée à de l'eau non évaporable mais plutôt à de l’eau de structure (Asaruka 2008, Haecker 2005). Dans le cas de la famille Gy, la température de calcination a un impact sur ces artefacts ,de même que la température de séchage avant essai. À 450°C, la MV est de 4,8% pour SB et 4,3 pour SI. Avec une température de séchage de 50°C, MV550°C est d'environ 15-17% pour les deux matériaux. Elle est de 5% pour SI avec 105°C comme température de séchage. Les densités sont également très sensibles à la température passant de 2,42 -2,43 g/cm³ à 2,85-2,88 g/cm³ après calcination. Ces résultats sont conformes aux connaissances sur la relation entre la MV et le gypse qui perd son eau de structure à basse température (Santisteban, 2004 ; Chindaprasirt, 2011).

128 Afin de mieux connaître la nature des matières volatiles et tracer leurs origines, une étude plus approfondie a été effectuée avec le dosage du carbone total, du carbone organique et du carbone inorganique…. Ces mesures sont détaillées dans la partie « analyses chimiques et minéralogiques » de ce chapitre.