FACTEURS D’INFLUENCE SUR LA LOI D’EROSION

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Limite de l’approche actuelle

Parmi les paramètres influençant le phénomène d’érosion, la contrainte de cisaillement critique et le taux d’érosion semblent être les meilleurs paramètres pour caractériser la sensibilité à l’érosion du sol. Cependant, la façon de mesurer, ou bien de calculer, ces deux paramètres est assez arbitraire avec des valeurs qui dépendent de la méthode d’essai et de l’interprétation des opérateurs. Plus récemment, un des essais qui connaît le plus grand développement est l’essai d’érosion de trou (hole erosion test). Cet essai a permis d’avancer considérablement dans notre domaine d’étude, notamment avec les travaux de Wan et Fell (2002, 2004) qui ont réalisé un grand nombre d’essais. Cependant, certaines hypothèses prises en compte dans ces travaux ne sont pas satisfaisantes.
Afin de calculer le taux d’érosion ε& et la contrainte de cisaillement critiqueτ , il faut connaître le diamètre φ du trou à chaque instant t pendant l’essai.
L ΔP = × 4 φ τ (2.1)
dt d s × = × 2 φ ε& ρ (2.2)
avec : ΔP : différence de pression entre l’amont et l’aval de l’échantillon,
L : longeur de l’échantillon, ρs : densité sèche du sol,
La première équation est établie en considérant l’équilibre des forces le long du trou sur le fluide, d’une part en reliant la contrainte de cisaillement aux caractéristiques géométriques du trou et à la différence de pression (?×L×Pt=?P×S avec Pt : périmètre mouillé et S : section).
La seconde relation est basée sur la détermination d’une relation entre le taux d’érosion par unité de surface ε& et le diamètre du trou à partir d’un bilan de masse solide entre t et t+dt,.
Les paramètres tels que ΔP, L ou ρ s sont connus à partir des mesures enregistrées. Le paramètre restant, le plus difficile à déterminer, pour calculer la contrainte de cisaillement τ et le taux d’érosion ε& est le diamètre φ(t) du trou au cours de l’essai.

Essai pour l’identification de la dispersion du sol

Les essais les plus utilisés pour identifier la dispersion d’un sol sont le Double Hydrometer Test (ASTM D4221-99), le Crumb Test (ASTM D6572-00) et le Pinhole Test (Sherard et al., 1976b ; ASTM D4647-93). L’application de ces essais est cependant restreinte à seulement quelques types de sol.

Essai à l’aiguille (« Pinhole Test »)

Le Pinhole test donne une méthode pour identifier les caractéristiques dispersives des sols argileux. Par rapport au crumb test, le double hydrometer test et le soluble salts in pore water, le pinhole test donne les meilleures corrélations entre les résultats de l’essai et la manifestation de l’érosion dans la nature. Cette méthode d’essai modélise l’écoulement du fluide dans une fissure ou un canal formé dans le massif du remblai. Il permet d’étudier le problème du renard dans les barrages en terre homogènes, de l’érosion le long d’un canal ou d’une berge du canal, etc. Le dispositif est présenté sur la Figure 1.45.
Le « Pinhole Test » est une méthode qui permet d’obtenir des mesures qualitatives directes de l’érodabilité interne des sols argileux. Les résultats sont basés sur l’analyse d’une centaine d’échantillons testés, prélevés sur des remblais et canaux susceptibles d’être érodés.
Ces tests ne sont pas applicables aux sols qui ont moins de 12% de fines (< 5 μm) et dont la plasticité est inférieure ou égale à 4. De plus, les résultats obtenus sont uniquement d’ordre qualitatif.
Les mesures se basent sur la teinte de l’effluent prélevé au cours du test. Il s’agit de former un canal à l’aide d’une aiguille dans un échantillon d’argile, compacté à 95% de l’optimum Proctor, et d’exercer différentes pressions d’eau à l’intérieur du canal pour simuler des écoulements internes. A la sortie du dispositif, la teinte de l’eau prélevée, le débit de sortie et la taille du canal en fin de test sont analysées. Ces données permettront de déterminer la dispersivité du sol selon la classification proposée dans la norme.
En fonction de la méthode A, B ou C choisie (voir les détails dans la norme), les appréciations sont:
– pour la méthode A et C : ND1 (non dispersif), ND2 (non dispersif), ND3 (légèrement dispersif), ND4 (modérément dispersif), D2 (dispersif) et D1 (très dispersif).
– pour la méthode B : ND (non dispersif), SD (légèrement dispersif), D (dispersif).
Cette méthode présente cependant quelques limitations :
– La difficulté d’interprétation des résultats repose sur la difficulté d’évaluation de la section exacte du trou pendant l’essai, la couleur de l’eau à la sortie de l’essai est appréciée à l’oeil nu par l’opérateur de manière qualitative et subjective. Ainsi, cette méthode n’offre pas la possibilité de caractériser l’évolution du phénomène.
– Le sol ayant une teneur en sodium élevé (>80%) et une faible teneur globale en sels dissous ne se montre pas dispersif dans le Pinhole test alors que dans les faits, il est dispersif. C’est à cause sans doute de la diminution du gradient de concentration qui s’installe entre l’eau interstitielle et l’eau du fluide érodant (de type eau distillée) qui diminue le taux d’érosion du sol.

Essai d’émiettage (« Crumb Test »)

Le Crumb Test est un essai pour mesurer la dispersion du sol. Il a été développé à l’origine par Emerson en 1964, et s’intitulait alors ‘essai de cohésion des agrégats’. L’essai considère sept catégories de dispersion pour classer les sols. Sherard et al. (1977) a simplifié l’essai en combinant certaines catégories pour limiter leur nombre à 4. L’essai est ensuite entré dans la norme ASTM D6572-00.
Le Crumb Test est un essai très simple et aisément reproductible. Il donne une bonne et rapide indication sur la dispersion de l’argile. L’essai n’est pas coûteux, il ne demande pas des appareils complexes et il peut être utilisé dans n’importe quel laboratoire ainsi que sur site.
Cependant comme l’essai se base sur l’observation, l’indication donnée est qualitative.
Les résultats dépendent en effet de la couleur de l’argile, de la lumière dans le laboratoire mais aussi de l’opérateur. Une autre limite du Crumb Test vient du fait que cet essai n’est applicable qu’aux sols dont la plasticité est supérieure à 8.
Le « Crumb test » consiste à immerger un cube de sol remanié de petite taille (15 mm de côté) dans un volume d’eau distillée beaucoup plus important (250 ml). L’échantillon est posé sur le fond d’un récipient cylindrique, à côté du bord. La tendance des particules du sol à se disperser en suspension colloïdale est estimée par observation du nuage formé à 2 minutes, 1 heure et 6 heures. Selon le degré de turbidité du nuage, le sol est classé dans un des quatre niveaux de dispersion suivants (Figure 1.46) :
Niveau 1 – Non dispersif : il ne se produit pas de réaction entre le sol et l’eau. Le sol se désagrège, diffuse et déborde mais aucune turbidité n’est observée autour de l’échantillon.
Toutes les particules sédimentent pendant la première heure.
Niveau 2 – Intermédiaire : il se produit une réaction légère avec la formation d’une suspension colloïdale de faible turbidité. Il s’agit d’un niveau intermédiaire : si le nuage de suspension est visible facilement, le sol est classé dans le niveau 3. Si le nuage n’apparaît que dans une zone restreinte, le sol est classé dans le niveau 1.
Niveau 3 – Dispersif : il se produit une réaction modérée. Le nuage de suspensioncolloïdale est facilement observable autour de l’interface entre le sol et l’eau. Le nuage peut s’étendre jusqu’à 10 mm de l’échantillon.
Niveau 4 – Très dispersif : il se produit une réaction forte. Un nuage dense de suspension colloïdale est observé sur toute la surface du fond du récipient. Quelque fois, il peut s’étendre de manière telle qu’il n’est plus possible de distinguer l’interface entre l’échantillon et la suspension colloïdale.

Essai sédimentométrique en parallèle (« Double Hydrometer Test »)

L’idée de l’essai du Double Hydrometer Test a été donnée par Volk en 1937 mais c’est en 1972 que la première procédure d’essai est présentée par Sherard. L’essai a été normalisé sous le nom ASTM D4221-99. Une étude paramétrique des floculats et des précipités d’un sol dans différents liquides avec ou sans défloculants a été réalisée en 1988 au LCPC (Hénensal, 1988).
Comme les études sur le problème d’érosion et de dispersion de sol montrent que la fraction des particules fines a un rôle significatif, l’idée de la méthode est de comparer la tendance des particules fines d’un sol à sédimenter respectivement dans l’eau distillée sans agitation mécanique (sédimentation normale) et dans une solution défloculante avec agitation mécanique (sédimentation dispersée). La différence entre ces deux types de sédimentations montre la tendance à la dispersion naturelle du sol examiné.
Méthodologie
L’essai consiste à déterminer le pourcentage de particules de sol de diamètre inférieur à 5 μm dans deux suspensions identiques (5 μm est considéré comme la limite supérieure de la taille des particules d’argile à l’époque où la méthode a été rédigée). Une des suspensions est dispersée par agitation mécanique avec un défloculant (hexamétaphosphate de sodium) et l’autre est dispersée sans défloculant sans agitation mécanique (Figure 1.47). Le dispositif est montré sur la Figure 1.48. Le rapport D est alors calculé selon la formule ci-dessous.

PROPRIETES DES MATERIAUX TESTES

Afin de disposer de sols en quantité et qualité suffisantes et représentant un spectre varié de textures, nous avons choisi de reconstituer des éprouvettes à partir de trois matériaux de référence représentant trois classes granulométriques différentes : l’argile, le limon et le sable.
Cela nous a permis d’avoir un bon contrôle des propriétés du sol et une répétitivité satisfaisante lors de la préparation des échantillons. Les matériaux que nous avons retenu pour les essais sont un sable monogranulaire, un limon propre et pour les argiles : la kaolinite, l’illite, la montmorillonite, afin de disposer d’un panel large de sensibilité à l’eau.
Tous les types d’essais mis en oeuvre dans notre programme d’essai sont effectués avec les mêmes textures de sols afin de disposer d’éléments de comparaison et de faciliter la mise en évidence d’une relation entre les phénomènes d’érosion ou de dispersion avec les caractéristiques des sols.

Sols reconstitués par mélange de trois composants argile/limon/sable

Dans le but d’approcher la texture des sols naturels et d’obtenir des sensibilités à l’érosion pouvant être mis en liaison avec la classification géotechnique classique des sols, plusieurs textures différentes de sol « modèles » ont été reconstituées pour réaliser des essais. Les textures sont reconstituées avec trois matériaux bruts : l’argile de type kaolinite, le limon de Rouen et le sable de Fontainebleau.
Nous avons décidé de tester des mélanges de sols naturels et remaniés qui correspondraient le plus possible à une classe de la classification texturale USCS/LCPC représenté sur le diagramme ternaire de type pédologique avec dénomination LCPC de la Figure 2.2.
Concrètement, nous avons essayé de placer les points le plus au centre possible des différentes zones du diagramme. Nous avons fait ce choix car l’objectif de l’étude menée est de relier dans des conditions d’essai conventionnelles réalisables en laboratoire ou sur chantier, la sensibilité à l’érosion d’un sol à une classification familière au monde du génie civil et des travaux publics en particulier (LCPC et SETRA, 1992).
Nous insistons sur le fait que nous avons fait le choix de tester ces sols modèles reconstitués à des états de densité élevés et dans un état de non-saturation défini par l’essai Proctor car notre objectif est de cerner la vulnérabilité des ouvrages géotechniques de type remblai routier ou ferroviaire soumis accidentellement à une charge hydraulique (voir Introduction).

Amélioration/modification de protocoles existants

Lors de l’initiation de ce travail de thèse, les dispositifs d’essais, la préparation de l’échantillon, les protocoles d’essais destinés à être utilisés étaient ceux disponibles dans le commerce ou définis dans les documents normatifs ou de référence du domaine. Toutefois face à la carence de ces essais ou modes opératoires à fournir des données adaptées à nos objectifs, le phénomène d’érosion a été étudié par des appareillages conçus et développés au LCPC au cours de ce travail de thèse.
Les modifications des différents modes opératoires ont été nécessaires et ont permis de rendre partiellement possible la comparaison des différentes techniques d’essais. Elles sont exposées aux chapitres 3, 4 et 5. Lors de ces modifications ou adaptations mécaniques ou méthodologique, l’objectif principal a été de pouvoir mettre à la disposition de l’utilisateur final des mesures quantitatives.

Programme expérimental

Le programme expérimental proposé s’intéresse au processus d’érosion et de dispersion de la matrice argileuse de sols structurés à l’aide des différents types d’essais suivants (Figure 2.5) :
– essais d’érosion par jets avec l’érodimètre à jets mobiles LCPC (EJM),
– essais d’érosion interne avec l’essai de trou LCPC (HET),
– essais de dispersion avec l’essai au trou d’aiguille,
– essais de dispersion avec le crumb test et l’essai d’émiettage LCPC,
– des essais de sédimentation en parallèle.
Les paramètres d’entrée fixés lors des essais sont tout particulièrement la porosité, exprimée en terme de texture et d’indice des vides ou d’énergie de compactage, ainsi que la sensibilité à l’eau de la fraction fine cernée par l’intermédiaire de la caractérisation physico-chimique du sol et du fluide. L’analyse de la susceptibilité des différents types de colloïdes composant la matrice du sol (limon, argile de type kaolinite, illite ou smectite) à se disperser dans un fluide chargé de cations de différentes valences a été étudiée avec :
– un microscope électronique à balayage environnemental,
– un zêtamètre.
La susceptibilité de certaines fractions granulométriques à être arrachées par le flux hydrique lors de l’essai de trou a été observée avec un microscope électronique à balayage environnemental. Complémentaires aux essais de dispersivité, le potentiel zêta a été mesuré pour les différents types d’argiles utilisées pour réaliser les sols ‘modèles’ de cette étude puis sur les mélanges eux-mêmes constitutifs de ces sols.

APPAREILLAGE ET PRINCIPE DES ESSAIS A L’EJM

Généralités

Les travaux initialement réalisés par Hénensal avaient pour objectif de corréler la sensibilité à l’érosion externe du sol à des paramètres mesurables en laboratoire tels que la valeur au bleu méthylène, l’activité, la texture et la pente (Hénensal et al., 1990, 1993). Dans le cadre de ces études, un protocole avait été proposé où une unique mesure qualifiait la sensibilité à l’érosion du sol. Cette approche trouve toutefois des limites quand il est question de caractériser plus sensiblement le phénomène d’érosion et nous avons donc sensiblement modifié le protocole expérimental.
Nous verrons ainsi successivement le dispositif d’essais, la préparation des échantillons en laboratoire et les protocoles d’essai employés pour cet appareil qui peut être mis en oeuvre sur site ou utilisé en laboratoire.

Appareillage

L’érodimètre à jets mobiles du LCPC, est constitué d’une partie mécanique active appelée « érodeur », d’un réservoir d’eau sous pression et de différents organes de service. L’érodeur, partie essentielle de l’appareillage, est représenté schématiquement en coupe sur la Figure 3.1.
L’érodeur projette, à partir de gicleurs de 1,0 mm de diamètre (Figure 3.2a) et perpendiculairement au sol ou à l’échantillon de sol à tester, six jets d’eau de caractéristiques semblables et bien définies.
Les gicleurs sont portés par un bras mobile, en rotation à vitesse constante (5 tours/min), grâce à l’action d’un moteur 24 volts en courant continu. La rotation s’effectue dans une chambre de pluie de 15,2 cm de diamètre (diamètre du moule CBR). Chaque gicleur se trouve à une distance différente de l’axe de rotation et les jets frappent donc le sol suivant six sillons de forme circulaire (Figure 3.2b).
L’érodeur est relié par un tuyau souple à un réservoir de 2 litres d’eau distillée sous pression constante, lui-même relié à une source d’air comprimé contrôlée à l’aide d’un régulateur de pression (RDP). Nous pouvons voir la totalité du dispositif sur la Figure 3.3.
Au cours de l’essai et selon le protocole choisi, les jets impactent donc le sol et l’effluent est recueilli permettant la caractérisation de la sensibilité à l’érosion de l’échantillon testé.

Protocole « Hénensal »

Selon le protocole proposé par Hénensal (Hénensal et al., 1987), la sensibilité à l’érosion du sol est représentée par la masse érodée du sol à la pression de 1 bar (100 kPa) pendant 1 minute. Une seule mesure est effectuée au cours de l’essai et c’est la principale limite de ce protocole. En effet, ce résultat quantitatif mais unique ne permet pas de décrire finement la dynamique de l’érosion au cours du temps.

Nouveau protocole d’essai

Dans le cadre du présent travail, nous proposons donc un nouveau protocole d’essai où des mesures sont effectuées au cours du temps. Pour cela nous diminuons la pression dans la chambre d’eau de sorte à avoir un processus d’érosion plus lent. Les essais sont ainsi réalisés pendant 12 minutes continues à une pression de 0,2 bar (20 kPa) correspondant à une colonne d’eau de 2 mètres. Les effluents de l’essai sont recueillis à 1, 2, 4, 8 et 12 minutes.
Notons que, dans ce nouveau protocole, les jets ont toujours une vitesse moyenne relativement élevée (de l’ordre du mètre par seconde) et que l’impact reste très localisé au niveau des sillons d’érosion. Nous avons donc ici un phénomène qui reste « nonreprésentatif » de processus naturels tels qu’une pluie ou même un orage, par exemple. Cela s’avère cependant nécessaire pour caractériser les phénomènes d’érosion sur un temps « honnête » d’essai et c’est une contrainte générale des expérimentations in situ. Par ailleurs, soulignons que pour avoir une mesure de la sensibilité à l’érosion et notamment comparer différents sols entre eux, il suffit essentiellement d’avoir un essai identique (appareil et protocole) et le tester sur les différents types de sol, ce qui est le cas ici.
Les démarches détaillées du déclenchement, du suivi et de l’arrêt de l’essai sont présentées dans l’Annexe B.

RESULTATS EN LABORATOIRE

En laboratoire, les essais ont été réalisés sur différentes textures du sol selon les deux protocoles d’essai : protocole « Hénensal » et nouveau protocole proposé. Par ailleurs, la profondeur des rainures a également été mesurée à chaque palier d’essai à l’aide d’un réglet gradué. Les essais ont été réalisés avec un moule placé sur une petite pente de 10% (soit 6°).
Les textures du sol testées sont les mêmes que les essais de dispersion. Des essais préliminaires ont montré que la texture sableuse (texture 1), la texture limono-sableuse (texture 2) et la texture limono-argileuse (texture 3) s’érodent trop facilement et il a été décidé de réaliser des essai à l’EJM avec les cinq textures restantes (textures 4, 5, 6, 7, 8).

Résultats selon le protocole « Hénensal »

Selon ce protocole d’essai, le sol est attaqué par les jets d’eau à la pression de 1 bar (100kPa) soit un débit mesuré de 0,9 litre/minute (ou une vitesse en sortie de gicleur de 3 m/s) pendant une minute. La masse sèche érodée à la fin d’essai est utilisée pour classer la sensibilité à l’érosion du type de sol. Le Tableau 3.1 présente le classement de sensibilité à l’érosion proposé par Hénensal.

Résultats selon le nouveau protocole d’essai

Dans ce nouveau protocole d’essai, la masse sèche érodée du sol est recueillie à 1, 2, 4, 8 et 12 minutes. Par ailleurs, lors de ces essais, des mesures supplémentaires de la profondeur des différents sillons ont également été effectuées.
Nous présenterons ainsi, dans un premier temps, les observations visuelles des essais. Nous étudierons ensuite l’évolution temporelle de la masse sèche érodée qui constitue le résultat central des essais d’Erodimètre à Jets Mobiles. Nous verrons, enfin, comment les mesures supplémentaires de profondeurs des sillons réalisées dans cette étude particulière nous renseignent sur la dynamique du phénomène d’érosion imposé lors des essais.

Evolution de la masse érodée et taux d’érosion

La Figure 3.7 représente la masse érodée cumulée des différents essais au cours du temps. Pour les différentes textures, cette masse croit de manière sensiblement linéaire excepté pour le sol sablo-argileux (texture 4). La pente initiale la plus forte est celle de la texture 4, la pente la plus faible est celle de la texture 8. Nous pouvons en conclure (et cela semble assez intuitif) que les sols les plus argileux présentent une plus grande résistance initiale à l’érosion que le sol sableux (texture 4).
Comparons les sols sablo-argileux (texture 4) et argilo-limoneux (texture 6) selon les deux protocoles d’essais. Selon le protocole « Hénensal » les deux textures présentent une sensibilité à l’érosion très voisine (Tableau 3.2). Selon le nouveau protocole d’essai, la masse érodée à 12 minutes est également similaire. Ces deux observations peuvent être d’ailleurs rapprochées. Cependant la Figure 3.7 nous montre que la dynamique d’érosion est très différente pour les deux textures et que cette première similarité n’est qu’apparente. Ainsi l’érosion initiale est bien plus importante pour la texture la plus sableuse ce qui permet de retrouver le sens commun. Ce simple exemple montre ainsi que la nouvelle approche permet d’avoir une caractérisation bien plus fine des phénomènes.

Table des matières

INTRODUCTION
ENJEUX ET PROBLEMATIQUE
OBJECTIFS ET DEMARCHES
PLAN DU MEMOIRE
CHAPITRE 1 : EROSION ET DISPERSION DU SOL
1.1 PATHOLOGIES DES OUVRAGES DE RETENUE LIEES A L’EROSION
1.1.1 Origines du phénomène d’érosion
1.1.2 Approche bibliographique
1.2 TYPOLOGIE DE L’EROSION ET DE LA DISPERSION
1.2.1 Typologie de l’érosion externe
1.2.1.1 Érosion pluviale
1.2.1.2 La houle et les courants
1.2.1.3 Marnage
1.2.1.4 Jet d’hélice et courant
1.2.2 Typologie de l’érosion interne
1.2.2.1 Les phénomènes d’arrachement
1.2.2.2 Les phénomènes de transport
1.2.3 Typologie de la dispersion
1.2.3.1 Minéralogie des argiles
1.2.3.2 Mécanisme d’érosion par dispersion
1.2.3.3 Facteurs influençant la dispersion
1.2.4 Synthèse
1.3 CARACTERISATION DE L’EROSION
1.3.1 Généralités
1.3.2 Dispositifs expérimentaux
1.3.2.1 Essai d’érosion en canal (« Hydraulic Flume Test »)
1.3.2.2 Essai d’érosion par cylindre tournant (« Rotating Cylinder Test »)
1.3.2.3 Essai d’érosion par jet d’eau (« Jet Erosion Test »)
1.3.2.4 Simulateurs de pluie et de ruissellement
1.3.2.5 Essai d’érosion de trou (« Hole Erosion Test »)
1.3.2.6 Essai triaxial d’érosion (« Triaxial Erosion Test »)
1.3.3 Corrélation de l’érosion avec les propriétés du sol
1.3.4 Quantification de l’érosion par des mesures directes
1.3.5 Interprétation des résultats
1.3.6 Limite de l’approche actuelle
1.4 CARACTERISATION DE LA DISPERSION
1.4.1 Essai pour l’identification de la dispersion du sol
1.4.1.1 Essai à l’aiguille (« Pinhole Test »)
1.4.1.2 Essai d’émiettage (« Crumb Test »)
1.4.1.3 Essai sédimentométrique en parallèle (« Double Hydrometer Test »)
1.4.1.4 Zétamètre
1.4.2 Conclusions sur les essais de dispersion du sol
1.5 CONCLUSIONS
CHAPITRE 2 : APPROCHE EXPERIMENTALE ET PROPRIETES DES MATERIAUX TESTES
2.1 APPROCHE EXPERIMENTALE
2.2 PROPRIETES DES MATERIAUX TESTES
2.2.1 Matériaux bruts
2.2.2 Sols reconstitués par mélange de deux composants argiles/sable
2.2.3 Sols reconstitués par mélange de trois composants argile/limon/sable
2.3 DEMARCHE EXPERIMENTALE
2.3.1 Objectif
2.3.2 Amélioration/modification de protocoles existants
2.3.3 Programme expérimental
2.3.4 Répétitivité
2.4 CONCLUSIONS
CHAPITRE 3 : CARACTERISATION DE L’EROSION PAR L’ESSAI D’ERODIMETRE A JETS MOBILES
3.1 APPAREILLAGE ET PRINCIPE DES ESSAIS A L’EJM
3.1.1 Généralités
3.1.2 Appareillage
3.1.3 Echantillon d’essai
3.1.4 Protocoles d’essai
3.1.4.1 Protocole « Hénensal »
3.1.4.2 Nouveau protocole d’essai
3.2 R ESULTATS EN LABORATOIRE
3.2.1 Résultats selon le protocole « Hénensal »
3.2.2 Résultats selon le nouveau protocole d’essai
3.2.2.1 Évolution de la surface du sol
3.2.2.2 Evolution de la masse érodée et taux d’érosion
3.2.2.3 Dynamique d’érosion
3.2.2.4 Conclusion
3.3 RESULTATS IN SITU
3.3.1 Essai sur un remblai
3.3.1.1 Contexte et objectifs
3.3.1.2 Résultats
3.3.1.3 Conclusion
3.3.2 Essais sur des sols agricoles
3.3.2.1 Contexte et objectifs
3.3.2.2 Réalisation des essais
3.3.2.3 Synthèse des résultats
3.3.2.4 Conclusion
3.4 CONCLUSIONS
CHAPITRE 4 : CARACTERISATION DE L’EROSION PAR L’ESSAI D’EROSION DE TROU
4.1 APPAREILLAGE ET PRINCIPE DES ESSAIS
4.1.1 Généralité
4.1.2 Appareillage
4.1.3 Echantillon d’essai
4.1.4 Protocole d’essai
4.2 MODELE D’INTERPRETATION DES ESSAIS
4.2.1 Détermination de la contrainte de cisaillement et du taux d’érosion
4.2.2 Détermination du rayon instantané du trou et validation de notre approche de calcul
4.3 RESULTATS TYPIQUES ET OBTENTION DE LA LOI D’EROSION
4.3.1 Paramètres mesurés
4.3.2 Courbe typique de la loi d’érosion interne
4.3.3 Automatisation de l’exploitation des résultats
4.3.4 Loi d’érosion
4.3.5 Comparaison des résultats calculés selon la méthode de Wan et Fell
4.4 FACTEURS D’INFLUENCE SUR LA LOI D’EROSION
4.4.1 Influence du pourcentage d’argile
4.4.2 Influence du type d’argile
4.4.2.1 Essais avec l’argile de type Illite
4.4.2.2 Essais avec l’argile de type Montmorillonite
4.4.3 Conclusion partielle
4.5 OBSERVATIONS MULTIECHELLES DES ECHANTILLONS AVANT ET APRES EROSION INTERNE
4.5.1 Observation à l’aide de moulage en cire
4.5.2 Observation avec le microscope électronique à balayage environnemental
4.5.2.1 Généralités sur la microscopie électronique à balayage environnementale (MEBE)
4.5.2.2 Observations des liaisons entre le sable et les argiles de type kaolinite ou illite
4.5.2.3 Influence du gradient hydraulique imposé sur l’évolution de la texture sableuse d’un échantillon au cours d’un essai de HET
4.5.2.4 Comparaison des textures sableuses contenant de la kaolinite ou de l’illite
4.5.2.5 Comparaison des textures argileuse contenant de la kaolinite ou de l’illite
4.6 CONCLUSIONS
CHAPITRE 5 : CARACTERISATION DE LA DISPERSION
5.1 ESSAIS CLASSIQUES : RESULTATS ET LIMITES
5.1.1 Essai à l’aiguille : « Pinhole Test »
5.1.2 Essai d’émiettage : « Crumb Test »
5.1.2.1 Résultats
5.1.2.2 Conclusions
5.1.3 Essai de sédimentométrie en parallèle : « Double Hydrometer Test »
5.1.3.1 Interprétation des résultats et discussion
5.1.3.2 Conclusions
5.1.4 Synthèse des résultats des essais classiques
5.2 NOUVEL ESSAI DE D’EMIETTAGE (« CRUMB TEST » AMELIORE)
5.2.1 Du « Crumb Test » normalisé au nouvel essai d’émiettage
5.2.2 Résultats obtenus au moyen du nouvel essai d’émiettage
5.2.2.1 Dispersion des matériaux de référence
5.2.2.2 Dispersion des mélanges de matériaux de référence
5.2.3 Influence du pourcentage et du type d’argile sur la dispersion mesurée avec le nouvel essai d’émiettage
5.2.4 Influence du fluide sur la dispersion mesurée avec le nouvel essai d’émiettage
5.3 APPORT DE LA ZETAMETRIE
5.3.1 Principe
5.3.2 Appareillage
5.3.3 Protocole de mesure
5.3.4 Résultats des mesures en zétamétrie
5.3.4.1 Comportement des argiles de référence (kaolinite, illite et montmorillonite)
5.3.4.2 Influence de la concentration du sel sur le potentiel zéta
5.3.4.3 Influence de la nature du sel sur le potentiel zêta
5.3.4.4 Apport de la zétamétrie pour la caractérisation des particules fines issues d’un sol naturel : exemple du remblai de Montoire-sur-le-Loir
5.3.5 Conclusions et poursuite de l’étude
5.4 CONCLUSIONS
CHAPITRE 6 : SYNTHESE ET COMPARAISON DES RESULTATS D’ESSAIS D’EROSION ET DE DISPERSION
6.1 SYNTHESE DES RESULTATS D’ESSAIS
6.2 COMPARAISON DES ESSAIS « HET » ET « EJM »
6.2.1 Coefficient d’érosion (HET) et taux initial d’érosion (EJM)
6.2.2 Contrainte critique de cisaillement (HET) et masse érodée finale (EJM)
6.3 COMPARAISON DU PHENOMENE D’EROSION ET DE DISPERSION
6.3.1 Comparaison entre l’essai à l’EJM, au HET et le Double Hydrometer Test
6.3.2 Comparaison entre l’essai au HET et l’essai d’émiettage
6.3.2.1 Mélange : sable et kaolinite
6.3.2.2 Mélange : sable et illite
6.3.2.3 Mélange : sable et montmorillonite
6.4 CONCLUSIONS
CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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