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AVERTISSEMENT Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l’utilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale. Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm UNIVERSITE DE LORRAINE ÉCOLE DOCTORALE : RP2E École Nationale Supérieure de Géologie Laboratoire d’énergétique et de mécanique théorique et appliquée THÈSE Présentée et soutenue publiquement le 12/02/2013 pour l’obtention du grade de Docteur de l’Université de Lorraine (Spécialité : Mécanique – Génie Civil) par Gaëtan BLANCK Utilisation de produits non traditionnels pour le traitement des matériaux de terrassement : impact sur les propriétés géotechniques et bilan environnemental Directeur de thèse : Mme Farimah MASROURI Professeur UDL-ENSG Co-directeur de thèse : M. Olivier CUISINIER Maître de Conférences UDL-ENSG Composition du jury : Rapporteurs : Mme Anne PANTET Professeur, Université du Havre M. Pascal VILLARD Professeur, Université Joseph Fourier Examinateurs : M. Jean-Pierre GOURC Professeur, Université Joseph Fourier M. Yves GUERPILLON Directeur Egis Géotechnique Membres invités : M. Laurent CHATEAU Ingénieur ADEME M. Emmanuel LAVALLEE Responsable géotechnique DTP Terrassement À Maud À mes parents À ma famille Remerciements Les travaux de recherche ont été réalisés à l’Institut National Polytechnique de Lorraine au sein du Laboratoire Environnement Géomécanique & Ouvrages de l’École Nationale Supérieure de Géologie. Cette thèse de l’agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie a bénéficié de cofinancements de la part d’Egis Géotechnique et de DTP Terrassement. Je tiens tout d’abord à remercier Mme Farimah Masrouri, professeur à l’école de Géologie au sein de l’Université de Lorraine de m’avoir proposé le sujet de thèse à l’issu de mes travaux de master. Merci pour vos encouragements à toujours faire mieux et la confiance que vous m’avez accordée tout au long de ces trois années. Merci à M. Olivier Cuisinier, maitre de conférences à l’Université de Lorraine, pour sa grande disponibilité et sa rigueur scientifique qui ont grandement aidé à améliorer la qualité des résultats obtenus et à les analyser sous un regard critique aiguisé. Je n’ai par ailleurs pas oublié ma promesse de faire des bretzels même si celle-ci ne s’est pas encore concrétisée ! Je remercie sincèrement Mme Anne Pantet, professeur à l’Université du Havre et M. Pascal Villard, professeur à l’Université Joseph Fourrier de Grenoble pour le crédit qu’ils ont apporté à mon travail en acceptant d’être rapporteur. Je remercie de même M. Jean-Pierre Gourc, professeur à l’Université Joseph Fourrier de Grenoble et M. Yves Guerpillon, directeur d’Egis Géotechnique d’avoir accepté d’être examinateur du mémoire de thèse. Au cours de cette thèse, un comité de pilotage regroupant les différents partenaires a été créé et s’est régulièrement rencontré afin de discuter des avancées du projet et de ses orientations. Merci à M. Laurent Chateau, ingénieur à l’ADEME pour son implication, ses remarques et commentaires constructifs. Merci à M. Guerpillon et Mme Jatteau d’Egis pour avoir soutenu le projet depuis son début et apporté leur expertise transversale entre les domaines de la géotechnique et de l’environnement. Merci à M. Thierry Mollier et Mme Fabienne Dermenonville d’Egis géotechnique pour leur participation à certaines réunions du comité de pilotage, apportant un regard neuf sur le projet. DTP Terrassement fait également partie des partenaires initiateurs via la conduite de travaux de Master en 2008 et 2009 dont les résultats ont justifié la mise en place d’un projet de thèse. Merci à M. Claude Aimé, pour l’initiation du projet et l’intérêt porté tout au long de son déroulement ainsi qu’à M. Simon Bonne qui a pris le suivi de ce projet en cours de route en lui donnant une nouvelle impulsion. Mes remerciements vont également à M. Emmanuel Lavallée pour la mise en avant des applications pratiques et les nombreuses propositions de pistes de recherche. Merci également à M. Tangi Le Borgne pour les échanges que nous avons eus et l’aide apportée pour l’évaluation environnementale. Réaliser une thèse contenant un important volet expérimental nécessite de s’appuyer sur du personnel technique de qualité. Merci à M. Éric Lefebvre, M. Romain Cael et M. Franck Mansuy pour leur aide et leurs conseils. Merci également au personnel technique du Laboratoire Environnement et Minéralurgie M. Fréderic Diot, M. Robert Joussemet, M. Christophe Gauthier et M. Jean-Marie Fischbach, leur aide a été précieuse pour la préparation, séchage, broyage, tamisage et conditionnement des trois tonnes de matériaux nécessaires à la réalisation des essais. Les mesures de tension superficielles également conduites au LEM m’ont été expliquées par M. Frédéric Villieras et M. Emmanuel Pelletier, merci pour vos conseils et pour le temps que vous m’avez accordé. Les études au microscope électronique à balayage ont été menées dans les locaux d’Egis géotechnique à Seyssins, merci à Mme Alysson Crumbie pour son accueil et les trois journées passées ensemble à conduire les observations. Les trois années de thèse ont également été l’occasion de réaliser de nombreuses rencontres. Je remercie l’ensemble du personnel du laboratoire et plus largement celui de l’INPL pour leur accueil et les moments échangés ensembles. Merci Monique, Mélanie et Christine pour m’avoir guidé dans les méandres administratifs et l’obscurité de certains dossiers. Merci aux collègues doctorants, post doctorant et ATER, pour toutes les expériences vécues ensemble au laboratoire et en dehors. Merci Emad de m’avoir hébergé dans ton bureau à mon arrivée avant que je ne déménage dans celui de Tiangoua et Romain après le départ de Hung Trong. Merci Romain, tu possèdes des qualités humaines rares, merci aussi pour la motivation salutaire à faire un peu de sport en troisième année de thèse, vélo, natation, nécessaire à une bonne oxygénation du cerveau. Merci également pour ton coup de main pour l’organisation du pot de thèse et de la soutenance. Je n’oublierai pas non plus les nombreux échanges que j’ai eus avec Guillaume ainsi que le coup de main précieux que tu m’as donné avec ta 205 lors de l’organisation du séminaire des doctorants. Bonne continuation et fin de thèse à Victor le pianiste mélomane, Hossein dont je jalouse le moule de compactage, Wadoud l’imperméabilisateur des sols mais aussi Kanssoune ainsi que mes cinq camarades de la promo 2009 ayant poursuivi une thèse sur Nancy, Sarah, Hermine, Mathilde, Agathe et Gauthier. La réussite de la thèse tient également largement au soutien dont j’ai bénéficié de la part de l’ensemble des membres de ma famille. Mes frères Gwenaël et Geoffroy, parents Annick et Denis et grands-parents Céline, Hubert, Marie-Thérèse et Joseph auprès de qui j’ai toujours trouvé les ressources et l’énergie nécessaires pour mener à bien mes travaux. Merci Joseph, pour tes relectures attentives et la chasse impitoyable que tu as menée aux fautes de français. Merci à Tatie, Mamie, Papa Maman et Maud qui ont fait en sorte que le pot de thèse soit une très belle réussite. Je dois également une fière chandelle à Maud, qui partage ma vie depuis maintenant de nombreuses années. Merci pour le bonheur que tu m’apportes, ton soutien de chaque instant et ta patience. Enfin, merci à tous ceux qui se sont venus parfois de loin pour m’épauler lors de ma soutenance de thèse malgré la neige et les épidémies de grippe en ce début février 2013. Gaëtan Blanck i LG.GB.ADE.PSI.RPRE.12.0565.A Sommaire Table des illustrations ............................................................................................ vii Liste des tableaux ................................................................................................. xiii Liste des abréviations et symboles .................................................................... xvii Introduction générale ............................................................................................... 1 Chapitre I : Produits non traditionnels : propriétés techniques et méthodes d’évaluation environnementales ............................................................................. 5 I.1 Introduction .................................................................................................. 7 I.2 Les sols : nature et classification ............................................................... 7 I.2.1 Nature............................................................................................................. 7 I.2.2 Classification du GTR ................................................................................... 10 I.3 Les traitements des sols, problématiques et enjeux .............................. 11 I.3.1 Objectifs des traitements .............................................................................. 12 I.3.2 Produits traditionnels : chaux et liants hydrauliques ...................................... 12 I.3.3 Produits non traditionnels ............................................................................. 13 I.3.4 Sélection des catégories de produits ............................................................ 15 I.4 Traitement avec des produits non traditionnels ..................................... 16 I.4.1 Utilisations des produits non traditionnels ..................................................... 16 I.4.2 Traitement de sols avec des produits organiques acides .............................. 17 I.4.2.1 Effets sur les propriétés hydromécaniques ........................................ 17 I.4.2.2 Effets observés pour une mise en œuvre in situ ................................ 20 I.4.2.3 Mode d’action sur les sols ................................................................. 21 I.4.2.4 Apport des traitements acides ........................................................... 23 I.4.3 Traitement de sols avec des produits enzymatiques ..................................... 23 I.4.3.1 Effets sur les propriétés hydromécaniques ........................................ 23 I.4.3.2 Effets observés pour une mise en œuvre in situ ................................ 26 I.4.3.3 Mode d’action sur les sols ................................................................. 26 I.4.3.4 Apport des traitements enzymatiques................................................ 27 I.4.4 Traitement de sols avec des lignosulfonates ................................................ 28 I.4.4.1 Effets sur les propriétés hydromécaniques ........................................ 28 I.4.4.2 Effets observés pour une mise en œuvre in situ ................................ 31 I.4.4.3 Mécanisme d’action ........................................................................... 31 I.4.4.4 Apport des traitements aux lignosulfonates ....................................... 33 I.4.5 Implications techniques et environnementales des traitements non traditionnels .................................................................................................. 33 Gaëtan Blanck ii LG.GB.ADE.PSI.RPRE.12.0565.A I.5 Méthodologies d’évaluation environnementale uploads/Litterature/ ddoc-t-2013-0126-blanck 1 .pdf