247
Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
1
Mise au point d'un dispositif expérimental pour l'analyse du retrait-gonflement des
sols argileux
Development of an experimental device for swelling-shrinkage analysis of clayey soils
Maison T.
Institut Polytechnique LaSalle Beauvais, Beauvais, France
Laouafa F., Delalain P.
INERIS, Verneuil-en-Halatte, France
RÉSUMÉ : L’article présente un nouveau dispositif expérimental, pouvant être incorporé dans un Microscope Electronique à
Balayage Environnemental (MEBE). Il permet de mesurer simultanément l’évolution de la déformation surfacique d’agrégats argileux
et l’évolution de leur teneur en eau. L'état initial des échantillons est sous forme de poudre, ce qui permet d’effectuer un cycle
d’humidification-séchage complet en 24 heures, soit beaucoup plus rapide que les essais classiques à l’échelle mésoscopique. Les
résultats obtenus semblent permettre de dissocier les argiles homogènes et/ou « industrielles » des argiles naturelles hétérogènes par
l’évolution de leur déformation surfacique et de leur teneur en eau. Ces observations permettent d’envisager des applications
concrètes telles que la corrélation des tassements d’un massif aux profils d'évolution de la teneur en eau (fonction de la profondeur) ou
l’optimisation du choix des bentonites utilisées pour les scellements des stockages de déchets radioactifs.
ABSTRACT: The paper presents a new experimental device, which can be incorporated in an Environmental Scanning Electron
Microscope (ESEM). It allows to measure simultaneously the evolution of the surface strain of clayey aggregates and the evolution of
their water content. The initial state of samples is in powder form, what allows making a complete cycle of wetting-drying in 24
hours, faster than the classic tests at the mesoscopic scale. The obtained results seem dissociate homogeneous and/or “industrial”
clays than heterogeneous natural clays with the evolution of their surface strain and their water content. These observations allow to
envisage concrete applications such as the correlation of the collapses of a massif with the profiles of evolution of the water content
(function of the depth) or the optimization of the choice of bentonites used for the sealings of the storages of radioactive waste.
MOTS-CLÉS: MEBE, sols, argiles, micro-pesée.
KEYWORDS: ESEM, soils, clays, micro-weighing.
1 INTRODUCTION
L’amélioration de la connaissance des mécanismes physico-
chimiques mis en jeu à l’échelle locale lors du retrait et du
gonflement des matériaux argileux est une étape incontournable
pour la caractérisation de la sensibilité de ces sols et de leur
prédisposition vis-à-vis du phénomène de retrait/gonflement.
Le retrait-gonflement des sols argileux exige, pour l’évaluation
de ses effets sur une zone donnée, des paramètres obtenus par
des essais en laboratoire, menés sur des échantillons de
plusieurs centimètres cubes. La faible cinétique des sols
argileux implique des durées de tests jusqu'à trois mois pour
certains d’entre-eux.
Aujourd’hui, cet inconvénient peut être surmonté avec
l'utilisation du Microscope Electronique à Balayage
Environnemental (MEBE). Le contrôle des conditions
hygrométriques dans la chambre du MEBE permet l'analyse de
l’échantillon dans des conditions hygrométriques in situ
(Romero et Simms 2008). Les échantillons peuvent être étudiés
sous forme de poudre, ce qui diminue la durée du test à 24
heures pour les argiles.
Les analyses menées au MEBE ces dernières années ne
concernaient que des argiles industrielles type bentonite MX80
(Montes-H. 2002). Cet article présente des observations au
MEBE effectuées sur des argiles industrielles mais aussi sur des
argiles naturelles (prélevées in situ), afin d’étudier le
comportement du retrait-gonflement dans les sols argileux. Cinq
argiles sont présentées : une argile naturelle homogène
commercialisée et pouvant être utilisée dans l’industrie, la
montmorillonite grecque ; une argile « industrielle », la
bentonite MX80 ; trois argiles naturelles hétérogènes, l’argile
verte de Romainville, la marne de Mormoiron et l’argile des
Flandres.
Le but de cet article est de proposer l'observation et l’analyse de
l'évolution du retrait-gonflement de ces argiles en fonction de
leur teneur en eau. A cette fin, un dispositif expérimental a été
développé pour peser l'échantillon sous forme de poudre tout en
permettant l'observation des agrégats d'argile. Via la mesure de
l'évolution du poids et la teneur en eau initiale, l'évolution de la
teneur en eau peut être obtenue et reliée à l'évolution de la
déformation surfacique des agrégats argileux.
A partir de ces résultats, quelques applications peuvent être
imaginées, telles que la corrélation avec des mesures d'évolution
de la teneur en eau in situ en fonction de la profondeur.
L'extrapolation de l'échelle microscopique du MEBE à l'échelle
macroscopique des structures pourrait être établie pour
l'évaluation du retrait-gonflement, par exemple sur une zone
donnée. Une autre application, dans le cas des argiles
« industrielles », serait l’étude et la modélisation du gonflement
des bentonites dans le cadre du stockage des déchets radioactifs.
2 PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES DES ARGILES
ÉTUDIÉES
La montmorillonite grecque (MG) provient de l’île de Milos,
dans l’archipel des Cyclades, et présente une origine
volcanique. Comme son nom l’indique, elle est composée
principalement de smectite, une espèce argileuse gonflante.
