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Méthodes de détermination de la texture (analyse granulométrique)
Sur le terrain, les pédologues sont capables d’estimer l’abondance relative du sable et du limon en fonction de ce qu’ils pouvaient ressentir dans leurs mains.
En laboratoire, la texture est déterminée suite à une analyse granulométrique d’un échantillon de terre fine.
Il est à noter que différents traitements préalables (chimiques et/ou aux ultrasons) sont appliqués à l’échantillon de manière à obtenir une bonne dispersion des particules. Ces traitements servent donc à désagréger complètement les agrégats, ce qui implique de détruire les « ponts » qui constituent le « complexe argilo-humique » : un premier traitement assure la destruction de la matière organique par l’eau oxygénée, un deuxième traitement utilisant un sel dispersant sera ensuite effectué. [9]
En ce qui concerne les méthodes, on peut avoir recours, soit à la méthode internationale par sédimentation, après la dispersion des éléments, soit la méthode densimétrique. Actuellement, d’autres méthodes plus modernes comme l’analyse par diffraction laser sont utilisées pour déterminer la texture d’un sol.
Méthode internationale ou méthode par sédimentation
La méthode de sédimentation est basée sur l’équation de Stokes qui décrit la vitesse de décantation des particules en suspension dans un liquide, en fonction du rayon des particules, de leurs densités, de la densité du liquide et enfin de la viscosité dynamique du liquide.
Après élimination de la matière organique, on détruit les agrégats à l’aide de HCI dilué, qu’on élimine ensuite par filtration et lavage. La dispersion des éléments argileux est obtenue dans l’eau distillée et favorisée par adjonction d’un agent dispersant, qui peut être du citrate de sodium ou de l’hexamétaphosphate de sodium.
Un temps de sédimentation, plus ou moins long, permettra de séparer les éléments par catégorie de grosseur. La vitesse de sédimentation, pour une particule de grosseur déterminée, est donnée par la loi de STOKES : elle est proportionnelle au carré du rayon de la particule : [1] V=K.R2.
Le coefficient K dépend de la température de l’eau utilisée, tels que K20° = 35.400.
La formule exacte donnant la vitesse de chute (chute de Stokes) est : = 2 2(ⅆ − ⅆ′) v étant la viscosité du liquide, d la densité de la particule, et d’ celle du liquide.
Méthode densimétrique – Courbes cumulatives
Elle est basée sur la mesure des densités du mélange (sol + eau), après destruction de la matière organique par H2O2, agitation mécanique et adjonction d’un agent peptisant.
Le densimètre s’enfonce plus ou moins dans un mélange de densité variable avec la profondeur. Pour un densimètre de forme et de poids donnés, on peut donc calculer la « profondeur effective » H, qui est variable en fonction de l’enfoncement, donc de la densité du liquide et par conséquent de la composition granulométrique du sol étudié ; c’est cette profondeur effective qui permet la détermination de la grosseur de l’élément mesuré, en fonction du temps de chute, d’après la loi de Stokes [1].
Pour effectuer le calcul des résultats après manipulation, il est nécessaire :
De transformer en diamètres les temps correspondants à chaque lecture De transformer en pourcentages cumulés les densités lues.
D’effectuer éventuellement une correction de température.
De construire la courbe cumulative.
Pour les deux premières opérations, on utilise des abaques spécialisés.
Ces courbes cumulatives sont caractéristiques de la granulométrie des sols : elles sont construites en portant en ordonnées les pourcentages cumulés et en abscisses les diamètres des particules, exprimés par leurs logarithmes.
L’aspect des courbes obtenues permet de différencier nettement les types fondamentaux de texture : texture sableuse, texture limoneuse (sol battant) ou texture argileuse.
Éléments constitutifs du sol
En général, les éléments organiques sont minoritaires dans le sol, tandis que les éléments minéraux constituent la majeure partie de sa masse.
Les éléments organiques
Généralement appelés « humus » au sens large du terme, ces éléments organiques comprennent une fraction à structure plus ou moins organisée, ainsi qu’une fraction colloïdale à l’état très fin et sans structure nette : ces composés sont fabriqués par les micro-organismes du sol, suite à une lente décomposition de divers débris végétaux [1]. Cette matière organique joue également un rôle de protection du sol et de régulation de sa température [14].
En termes de techniques routières, nous nous intéresserons particulièrement à la partie minérale du sol.
Les éléments minéraux
En gros, on peut les subdiviser en deux parties :
Les minéraux non altérés, qui sont surtout abondants dans la partie grossière du sol.
Le complexe d’altération, qui résulte de l’altération lente de minéraux primitifs, c’est celui qui constitue la « fraction fine » du sol.
Les minéraux non altérés, appelés aussi minéraux primaires
Ce sont des minéraux hérités de la roche parentale qui se trouvent dans le sol, plus ou moins fragmentés, et qui sont peu ou pas altérés. Certains comme l’épidote, la tourmaline, le zircon et le rutile sont très résistants aux agents de l’altération et se retrouvent intacts dans le sol. D’autres ont une composition chimique qui les rend vulnérables aux actions chimiques, les soumettant à des transformations aboutissant à nouveaux minéraux.
Le complexe d’altération, ou minéraux secondaires
Ce sont, soit des minéraux primaires altérés, soit des minéraux résultant de précipitations. Notons que l’altération et la précipitation sont deux processus intervenant dans la pédogenèse des sols. Ces minéraux secondaires jouissent de propriétés particulières, qui sont les propriétés colloïdales. À la suite d’une convention internationale, on admet que ces colloïdes minéraux correspondent à l’ensemble des particules d’un diamètre inférieur à 2 µm, on les désigne fréquemment par le 9 terme d’argiles. Cependant il convient de préciser qu’il s’agit d’un mélange hétérogène de minéraux variés, donc distincts des argiles minéralogiques proprement dites.
Afin d’éviter toute confusion, il est nécessaire de rappeler la nuance entre ces deux termes.
Les colloïdes désignés par le terme « argile »
En général, les colloïdes des sols possèdent des charges électriques dites superficielles, puisqu’elles sont localisées en surface des particules.
Suivant la nature de ces charges, on distingue deux grands types de colloïdes dans le sol :
Les colloïdes électropositifs.
Les colloïdes électronégatifs.
Les colloïdes électropositifs
Appelés « Basoïdes », ils sont chargés positivement ; ce sont les hydrates de fer et les hydrates d’aluminium (appelés souvent sesquioxydes). Il se comportent en bases faibles ; ils se dispersent en milieu acide et floculent en milieu alcalin.
Les colloïdes électronégatifs
Appelés aussi « Acidoïdes », ces colloïdes sont largement les plus abondants dans le sol, ils sont chargés négativement. Ils comprennent : les argiles minéralogiques, les complexes ferro- et ferrisiliciques, et enfin les acides humiques. Ils ont des propriétés d’acides faibles : dispersés en milieu alcalin et floculés en milieu acide.
D’après leur affinité pour l’eau, ces colloïdes électronégatifs se subdivisent en deux groupes :
– Les colloïdes hydrophobes, ou suspensoïdes, tels que les argiles puisque leurs molécules sont entourées d’une mince couche d’eau.
– Les colloïdes hydrophiles, ou lyophiles (émulsoïdes), tels que les acides humiques, puisqu’ils possèdent une épaisse couche d’eau autour des molécules.
De ce fait, la charge des argiles est principalement permanente et négative, quelle que soit l’acidité du milieu et due à des substitutions ioniques au sein des réseaux cristallins.
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Table des matières
1ère partie GENERALITES ET REVUES DE LA LITTERATURE
Chapitre I. LE SOL
Physique du sol
2.1 La texture du sol
2.2 La structure du sol
3.1 Les éléments organiques
3.2 Les éléments minéraux
Techniques de stabilisation
5.1 Définition
5.2 Objectifs
5.3 Types de stabilisation
Chapitre II. LES SILICONES.
1.1 Notion sur les silicones
1.2 Le polydiméthylsiloxane (PDMS)
Types de silicones
3.1 Les huiles
3.2 Les résines
3.3 Les élastomères
Chapitre III. LA SILICE
Les nanoparticules de silices
2.1 La silice colloïdale
2.2 Synthèse des nanoparticules de silice
2.3 Modification chimique des nanoparticules de silices
Deuxième partie ÉTUDES EXPÉRIMENTALES
Chapitre IV. CARACTÉRISATION DES SOLS EMPLOYÉS
1.1 Analyse granulométrique
1.2 Teneur en eau
1.3 Les limites d’ATTERBERG
1.4 Essai de compactage ou essai Proctor
1.5 Essai de Portance ou essai CBR (Californian Bearing Ratio)
2.1 Caractéristiques géotechniques
2.2 Analyse granulométrique
Chapitre V. ESSAIS DE STABILISATION DU SOL PAR LE SILICONE
1.1 Description du produit
1.2 Propriétés
2.1 Protocole expérimental
2.2 RÉSULTATS DES TESTS
3.1 INTERPRETATIONS PHYSIQUES
3.2 INTERPRÉTATIONS CHIMIQUES
3.3 Conclusion partielle
Chapitre VI. ÉLABORATION DES NANOPARTICULES DE SILICE EN PHASE AQUEUSE
1.1 Silicate de sodium
1.2 Acide sulfurique
2.1 Protocole expérimental
2.2 Résultats et interprétations
2.3 Mise en évidence de la réaction de greffage
3.1 Un squelette de base identique
3.2 Des groupements de surface identiques
CONCLUSION GÉNÉRALE
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUE ET WEBOGRAPHIQUE
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