Vieillissement du béton de chaux : évaluation en vue de son renforcement par injection de coulis au niveau de fondations en milieu aquatique

The SRO lab (Soils, Rocks and Structures) at Gustave Eiffel University brings together several professions in the field of geotechnics (geomaterials and earthworks, management of natural risks including seismic risk, and engineering around foundations) The theme around geomaterials and the behavior of structures in their environment aims to develop the durability of structures, the reuse or recycling of civil engineering materials. Observation, experimentation, instrumentation, physical and digital modeling from the scale of geomaterials to that of structures are at the heart of the different subjects covered in this theme.

To study the long-term performance of structures, a detailed understanding of the phenomena involved is necessary, involving numerous disciplines linked to soil/binder-water-structure interactions: soil mechanics, concrete, unsaturated porous media, hydraulics, fluid physics, physico-chemistry, thermo-hydro-mechanics. Particular attention is paid to the capitalization of long-term observations on instrumented sites or on old structures which allows us to better understand the phenomena.

Contexte et enjeux

De nombreux ouvrages sont fondés sur des sols en milieux aquatiques comme les piles de ponts (notamment ferroviaires) construits au début du 20^ème siècle. Le béton constitutif de ces fondations de piles de pont est le plus souvent le béton de chaux. Des prélèvements effectués sur ce matériau dans des études assez anciennes et peu nombreuses, montrent qu’il subit une dégradation au cours du temps. Des traitements par injection de coulis sont actuellement réalisés. Ces processus d'injection à base de ciment, gels ou de résines constituent une technique de renforcement/étanchement des sols en place de plus en plus utilisée dans le domaine du génie civil. Dans le cas du béton de chaux, des traitements par injection des coulis de ciment « classique » sont réalisés mais ces traitements restent relativement difficiles à contrôler et leur efficacité reste complexe à évaluer.

Objectif

L'objectif du stage est de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes d’injection de coulis dans les matériaux de type béton de chaux immergé en vue de mieux contrôler et d’optimiser le processus. Ce stage en laboratoire vise l’étude de l’injectabilité d’un matériau type béton de chaux, l’interaction chaux – ciment qui se produit lors du traitement au coulis de ciment et le comportement mécanique du matériau injecté (élasticité et rupture).

Les étapes

Etat de l’art

Le contexte de l’étude et de la manière dont les chantiers de confortement sont réalisés (injection de coulis dans les milieux aquatiques, étapes sur chantiers établies à partir des dossiers de cas réels, méthodes de suivi des différentes étapes d’un chantier de confortement par injection, caractéristiques des coulis de ciment…) sera appréhendé via des rapports de stage précédemment réalisés. Le stagiaire devra de son côté collecter dans la littérature des éléments sur le matériau béton de chaux en recherchant notamment dans des archives des informations sur les matériaux mis en œuvre au début du 20^ème siècle puis analysés au cours des décennies passées au cours du suivi des ouvrages.

Partie expérimentale en laboratoire

Cette partie dépend de l’opportunité pendant la période de stage de prélever du béton de chaux sur un site au niveau de fondations en cours de confortement (un chantier est prévu en 2025 mais sans date fixée). Une seconde option envisagée est d’utiliser des carottes de béton de chaux conservées en laboratoire après les études réalisées avant travaux (dont des carottés analysés en 2024 présentes au laboratoire). La troisième option est de fabriquer du béton de chaux en laboratoire. Ce matériau certes récent et non vieilli/dégradé sur site peut servir de modèle pour tester la cellule permettant l’injection en laboratoire. On réfléchira à la manière de ‘simuler’ un matériau dégradé (fissuré/granulaire/intact ou mixte) à partir des premières caractéristiques collectées en 2024.  

- En fonction du type et nombre de matériau à disposition, le stagiaire participera aux essais de caractérisation micro-macro des matériaux prélevés sur le nouveau chantier ou fabriqués pour les besoins de l’injection, avec des aalyses chimiques, minéralogiques et microstructurales ainsi que des essais hydrauliques pour évaluer le gradient hydraulique (mesure de perméabilité à la presse triaxiale).

 - Le stagiaire aura plus particulièremet en charge les essais mécaniques selon une méthode destructive comme les essais de compression simple et des méthodes non destructives comme la vitesse de propagation des ondes sonores. Cet axe de caractérisation non destructive devra être creusé pour établir quelle méthode est la plus à même de mettre en évidence le degré de dégradation du matériau au laboratoire et potentiellement sur site et de suivre l’état du matériau post réparation.

- Une étude de faisabilité sur l’injectabilité des matériaux de fondations des piles de pont (béton de chaux…). Ce travail passe par la mise à niveau/adaptation d’un système d’injection pour tenir compte des conditions saturées (immergées). Il s’agit d’un travail de développement instrumental. Les tests effectués avec ce système doivent à terme reproduire les phénomènes in situ sur chantier. Notre référence sera le document AFTES de 2006 et la littérature scientifique.

Un rapport de stage confidentiel est attendu pour faire un bilan de l’étude (préparation/collecte de béton de chaux, caractéristiques des bétons de chaux anciens et/ou récents, développement instrumental pour tester l’injection en laboratoire).

Le stage se fera à l’université Gustave Eiffel, Laboratoire Sols Roches et Ouvrages Géotechniques (Marne la Vallée) et le Laboratoire Navier Géotechnique. Une collaboration avec SNCF RESEAU DTR OA SEP EMF pourrait entrainer des déplacements dans leurs locaux à Saint Denis.

Profil : Autonomie, sens de l’initiative, bon contact pour échanger entre plusieurs équipes, curiosité et ouverture à différents domaines d’expertise (interdisciplinarité), rigueur dans le travail expérimental, ouvert aux travaux sur chantier, et gout pour l’ingénierie.

Langue: Français pour la partie concernant les données de site mais l’anglais est accepté.

Compétences : génie civil, avec forte appétence pour les sciences des matériaux (béton, géomatériaux, matériaux du patrimoine et monuments historiques).