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Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
La bentonite MX80 provient du laboratoire de recherche
souterrain de Meuse/Haute-Marne de l’ANDRA qui l’utilise
dans le cadre de ses recherches sur les scellements des centres
de stockage de déchets radioactifs haute activité vie longue
(HAVL). Elle est composée principalement de montmorillonite,
mais également de quartz, de muscovite et d’albite en phases
mineures.
L’argile verte de Romainville (AVR) provient de l'Est de Paris
(France), et présente une origine sédimentaire. Les espèces
argileuses en présence sont la kaolinite, l’illite, des
interstratifiés illite/smectite et elle contient également des
carbonates, du quartz et du feldspath.
La marne de Mormoiron (MM) provient de la commune de
Mormoiron, dans le Sud-Est de la France, et présente une
origine fluviatile. Les espèces argileuses en présence sont la
montmorillonite et des interstratifiés muscovite/illite et elle
contient également des carbonates et du quartz.
L’argile des Flandres (AF) provient de la commune de Merville,
dans le Nord de la France, et présente une origine fluviatile. Les
espèces argileuses en présence sont la montmorillonite, la
kaolinite et l’illite, et elle contient également du quartz et des
carbonates.
Les principales caractéristiques de ces argiles sont présentées
dans le tableau 1. Les valeurs de teneur en eau initiales sont
celles mesurées après broyage (< 200 µm) dans les conditions
environnementales du laboratoire.
Tableau 1. Caractéristiques géotechniques des argiles étudiées (d’après
Fleureau
et al.
1993, Christidis
et al.
1997, Audiguier
et al.
2007, Makki
t al.
2008, Montes-H. 2002, Plat et al. 2009).
e
MG MX80
AVR MM AF
Limite de
liquidité,
w
L
, %
170
-
75
32,9
90
Limite de
plasticité,
w
P
, %
60
-
40
14,5
45
Indice de
plasticité,
I
p
110
-
35
18,4
45
Surface
spécifique,
m²/g
61,76
33
195
-
-
CEC,
meq/100 g
104,4
-
39,5
-
-
Teneur en
eau
initiale
(%)
12
7,67
0,04
3,96
2,27
3 ANALYSE DU RETRAIT/GONFLEMENT AU
MICROSCOPE ELECTRONIQUE À BALAYAGE
ENVIRONNEMENTAL (MEBE)
3.1
Présentation du MEBE
Le Microscope Electronique à Balayage Environnemental
(MEBE) permet d’observer des échantillons dans des conditions
environnementales (température, pression, hygrométrie)
contrôlées. Le gaz, injecté dans la chambre du MEBE lors de
nos expériences, est la vapeur d’eau, qui joue à la fois le rôle de
gaz d’ionisation (Figure 1) pour la formation de l’image et de
fluide d’hydratation de l’échantillon.
Le mode « environnemental » permet l’observation des
échantillons sans aucune préparation préalable (métallisation à
l’or ou au carbone, indispensables en mode classique) et ainsi
de préserver la structure des échantillons et leur teneur en eau
naturelle. Par effet Peltier, il est possible d’imposer une
température à l’échantillon et, par l’intermédiaire du contrôle de
la pression dans la chambre d’observation, d’effectuer des
analyses sous hygrométrie contrôlée. Le MEBE ne permet
toutefois que des observations microscopiques de surface. Les
essais réalisés peuvent être monotones (hydratation, séchage)
avec ou sans palier, mais également cycliques.
Figure 1. Représentation schématique de l'ionisation d'un gaz dans la
chambre du MEBE (Montes-H. 2002).
3.2
Développement d’un dispositif expérimental
Le MEBE permet des observations microscopiques, des
analyses chimiques et des mesures linéaires ou surfaciques
d’éléments grâce à un logiciel de traitement d’image.
Cependant, toute mesure physique sur l’échantillon (poids,
teneur en eau…) est impossible. C’est pourquoi un nouveau
dispositif expérimental, breveté, a été développé dans le MEBE,
afin de mesurer la teneur en eau de l'échantillon et la
déformation
surfacique
des
agrégats
simultanément
(Kazmierczak
et al.
2011). Le principe est de peser l'échantillon
et d’obtenir une évolution et une intensité précises de la teneur
en eau en fonction de l'humidité relative. Pour cela, le dispositif
expérimental est constitué d’un capteur de force couplé à un
bras de levier afin d’amplifier l'évolution du poids (Figure 2B).
Le bras de levier est assez long pour obtenir une amplification
suffisante et est réalisé en aluminium. Son extrémité contient
une coupelle avec une cavité où le microéchantillon de sol (sous
forme de poudre) de très petit volume (quelques millimètres
cube) est déposé et un plateau pour la zone d'observation. Pour
concentrer l'humidité relative sur l'échantillon, l'extrémité du
bras de levier est entourée d'un doigt de confinement en cuivre
qui est relié à la platine Peltier du MEBE (Figure 2A). Faute
d’une place suffisante, une partie du dispositif doit être
externalisée par rapport à la chambre du MEBE. A cet effet et
pour maintenir les conditions environnementales (pression et
température), une enceinte en aluminium est installée sur le
MEBE (Figure 2C). Une centrale d'acquisition permet de suivre
simultanément plusieurs paramètres dans la chambre du
MEBE :
la température à l'intérieur du doigt de confinement
(capteur PT100) ;
la température à l'intérieur de la chambre du MEBE
(capteur PT100) ;
la température de la platine Peltier (donnée par le
MEBE) ;
la pression à l'intérieur de la chambre du MEBE (jauge
de pression) ;
l'évolution de poids de l'échantillon (capteur de force)
(Figure 3).
