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Numéro
Rev. Fr. Geotech.
Numéro 167, 2021
Numéro d'article 4
Nombre de pages 11
DOI https://doi.org/10.1051/geotech/2021016
Publié en ligne 6 mai 2021

© CFMS-CFGI-CFMR-CFG, 2021

1 Introduction

Les géostructures énergétiques sont des ouvrages géotechniques qui permettent un échange thermique entre une structure et le terrain via la circulation d’un fluide caloporteur dans un circuit intégré. Ces systèmes utilisent le sol comme une source de chauffage ou de refroidissement pour les bâtiments adjacents (Fromentin et al., 1999 ; Laloui et al., 2003 ; Brandl, 2006 ; Bourne-Webb et al., 2016 ; Loveridge et al., 2017 ; Antoinet et al., 2017). Il peut s’agir, par exemple, de murs de soutènement, de revêtements de tunnel (Zhang et al., 2013) ou de pieux énergétiques (Pahud et al., 1999 ; Moel et al., 2010). L’étude de ces structures est multifactorielle puisqu’elle exige la réalisation d’un bilan thermique pour garantir l’efficacité thermique du système en plus de la reconnaissance géotechnique nécessaire au dimensionnement mécanique de l’ouvrage.

Lors du fonctionnement d’une géostructure énergétique, la température usuelle du sol, de 12 °C en moyenne en région parisienne (Martin, 2013), est susceptible d’être modifiée sur un intervalle maximum de 4 à 30 °C selon Peron et al. (2011). Cette évolution thermique pourrait avoir une influence sur le comportement mécanique du système sol-structure. En effet, lors d’une augmentation de température, les corps se dilatent ce qui tend à diminuer la résistance des solides et diminuer la viscosité des liquides. Une augmentation de température devrait donc conduire systématiquement à un rétrécissement du domaine d’élasticité des matériaux. Cependant, les matériaux non saturés, du fait de la présence d’air dans la structure présentent des comportements complexes à anticiper. Ainsi, sur un intervalle de température allant de 26 à 100 °C, Wiebe et al. (1998) n’ont observé aucune variation significative de la résistance au cisaillement pour un mélange de sable et de bentonite pour des états proches de la saturation (Sr = 98 %). En revanche, pour les degrés de saturation entre 80 et 50 %, la résistance au cisaillement diminue en particulier, pour les degrés de saturation les plus faibles. Dans leurs travaux, Romero et al. (2003) ont étudié la compressibilité d’éprouvettes d’argile compactées à deux densités en contrôlant simultanément la succion et la température. Ils ont observé une augmentation de l’indice de compression (Cc) aux températures les plus importantes (80 °C). Uchaipichat et Khalili (2009) ont réalisé de nombreux essais avec un dispositif triaxial modifié rendant possible la caractérisation hydromécanique d’un limon dans un intervalle de température de 20 à 60 °C et à différents états de saturation. Leurs conclusions, confirmées depuis sur d’autres matériaux tels que des matériaux argileux surconsolidés (Gu et al., 2014), indiquent une diminution de l’étendue du domaine élastique avec l’augmentation de la température, c’est-à-dire un radoucissement thermique (thermal softening).

L’état de consolidation et de saturation d’un sol a donc un impact sur l’intensité des variations des paramètres hydromécaniques lors de l’application de variations de températures. Cependant, les intervalles de température investigués ne couvrent que partiellement la gamme de variation induite par les géostructures énergétiques (4 à 30 °C selon Peron et al., 2011) et la problématique de la multiplicité des cycles de chauffage-refroidissement du matériau reste peu documentée. De plus, des mesures avec des outils transposables sur le terrain permettraient de mieux prévoir l’incidence de la fonction énergétique des géostructures sur le comportement mécanique du sol pour garantir la stabilité et la durabilité des ouvrages.

Dans cet article, des essais mini-pressiométriques ont été réalisés pour évaluer les propriétés mécaniques du sol sous différentes sollicitations thermiques. Afin de s’approcher de conditions réelles d’utilisation, les essais ont été réalisés sur des éprouvettes de grande taille, compactées en couches successives et soumises à des variations de température. Les essais pressiométriques sont largement utilisés pour la reconnaissance géotechnique en France, ils peuvent être réalisés sur une large gamme de sols et fournissent, dans les conditions de l’essai, la pression limite () indiquant la résistance, la pression de fluage (Pf) correspondant à la fin du domaine pseudo-élastique et le module pressiométrique de Ménard (EM), permettant de quantifier la déformabilité du sol. Cet article présente la méthode expérimentale développée pour permettre la réalisation de ces essais dans des conditions de laboratoire sur un matériau pour lequel les conditions initiales de densité et de teneur en eau, ainsi que les sollicitations thermiques sont maîtrisées. Ensuite, les résultats des essais sont présentés et l’impact des variations cycliques de la température sur les paramètres mécaniques du matériau compacté est discuté. Ce type de résultat est important dans le contexte français où les géostructures énergétiques se développent peu en comparaison avec ses voisins européens.

2 Matériaux et méthodes

2.1 Caractérisation du matériau

Le matériau utilisé, nommé Arginotech©, provient de l’est de l’Allemagne, il contient 77 % d’illite, 10 % de kaolinite, 12 % de calcite et des traces de quartz et de feldspath. L’illite est une argile non gonflante que l’on trouve en proportions variables dans de nombreux sols. Selon la bibliographie (Tanaka et al., 1996 ; Graham et al., 2001), l’illite est un matériau dont les propriétés sont susceptibles d’évoluer avec la température.

La limite de liquidité du matériau est de 65 % et la limite de plasticité est de 34 %. L’indice de plasticité du matériau est donc de 31 % (AFNOR, 1993). La courbe de compactage Proctor normal (Fig. 1a) permet de déterminer une teneur en eau optimale de 31,3 % et une masse volumique sèche maximale de 1,43 Mg/m3 (AFNOR, 1999). La distribution de la taille des particules contenues dans le matériau a été déterminée à l’aide d’un granulomètre laser Mastersizer 2000© (Fig. 1b). Selon la norme française pour la classification des sols le matériau est classé comme A3 (GTR, 2000).

thumbnail Fig. 1

Caractéristiques de l’illite étudiée : (a) courbe de compactage, Sr : degré de saturation ; (b) distribution de la taille des particules.

Characteristic of the studied illitic soil: (a) Compaction curve, Sr: the degree of saturation; (b) particle size distribution.

2.2 Remplissage et instrumentation de la cuve

Le massif étudié est compacté dans une cuve en inox de 800 mm de haut et de 600 mm de diamètre. Des tubes en inox sont soudés aux parois externes de la cuve et reliés à un thermorégulateur (Vulcatherm®). L’utilisation d’un mélange d’eau et de monoethylène (ASCAGEL® MEC) permet d’atteindre des températures de 1 °C à 40 °C (Fig. 2). Des gaines isolantes sont placées sur les tubes afin de limiter la condensation d’eau et de réduire les échanges thermiques avec l’atmosphère. Des plaques de polystyrène extrudé de 40 mm d’épaisseur renforcent l’isolation thermique de l’ensemble.

Le matériau illitique, sous forme de poudre, est mélangé à de l’eau afin d’atteindre une teneur en eau de 31,3 % puis stocké dans des fûts étanches pour une durée minimale de 5 jours afin d’assurer une bonne homogénéisation. Le matériau humide est ensuite compacté dans la cuve au moyen d’un compacteur pneumatique, une plaque métallique de même diamètre que la cuve permet d’homogénéiser la répartition de l’énergie de compactage sur l’intégralité de la surface du matériau. Le massif est compacté en 11 couches de 70 mm d’épaisseur. Sept sondes thermiques (PT100) sont introduites dans le massif au fur et à mesure du compactage afin de suivre l’évolution de la température du massif lors de l’application de la sollicitation thermique. La masse volumique sèche finale visée est de ρd = 1,29 Mg/m3, soit 90 % de la masse volumique sèche maximale. Le massif est alors prêt à subir les sollicitations thermiques appliquées par le thermorégulateur.

thumbnail Fig. 2

Cuve en modèle réduit et instrumentation associée.

Total parts of developed experimental device and instrumentation.

2.3 Essais mini-pressiométriques dans le massif thermorégulé

L’essai pressiométrique consiste à dilater radialement une sonde cylindrique placée dans le terrain. Les pressions appliquées et les variations volumiques de la sonde sont mesurées et enregistrées, afin de déterminer la relation entre la pression appliquée et la déformation du sol (AFNOR, 2000). Les essais sont ici réalisés avec une sonde mini-pressiométrique de 380 mm de longueur et 28 mm de diamètre, spécialement conçue pour des essais de laboratoire et calibrée en prenant en compte l’effet de la température (Eslami, 2014). Six essais sont réalisés dans chaque massif afin de limiter les effets de bords et l’influence entre les essais. La position des essais a été définie par Eslami (2014) après la réalisation d’une série d’essais préliminaires. Ainsi, les points d’essai sont régulièrement répartis sur un cercle concentrique à la cuve de rayon deux fois plus petit, c’est-à-dire à 150 mm du bord de la cuve par rotation d’angle 60°.

Préalablement à chaque essai, un forage de 30 mm de diamètre est réalisé et permet d’échantillonner le sol jusqu’à une profondeur de 630 mm. La carotte est découpée en échantillons de 50 à 100 mm de long analysés pour établir la répartition de la teneur en eau et de la densité du matériau en fonction de la profondeur.

La sonde mini-pressiométrique est insérée dans le forage de façon à ce que le centre soit positionné à 400 mm de profondeur, au milieu de la cuve (Fig. 3). L’essai consiste à imposer des paliers successifs de pression par incréments de 25 kPa à l’aide d’un contrôleur pression/volume (GDS®). Le temps d’atteinte de la pression visée est inférieur à 60 s. Le volume est mesuré à 30 s et 60 s pour chaque incrément de la pression appliquée. Les résultats sont corrigés afin de prendre en compte l’effet d’amortissement lié à la résistance propre de la membrane. De plus, afin de calibrer l’effet de la température sur la résistance de la membrane, des essais d’étalonnage de la sonde ont été réalisés en chambre climatique (Fig. 4). L’essai est arrêté lorsque le volume de la cellule atteint sa capacité d’expansion limite (140 × 103 mm3). La courbe pressiométrique comprend trois phases (Fig. 5) : (I) la mise en contact de la paroi de la sonde avec le sol, (II) une augmentation linéaire du volume (paramètre mi,) caractéristique du domaine de pseudo-élasticité du sol, et (III) une augmentation plus importante du volume indiquant que le sol a atteint un état plastique. Les résultats sont traités selon la norme NF P94-110-1 (AFNOR, 2000). Le module pressiométrique EM est calculé à partir de la pente mi calculée en phase II. La pression de fluage, Pf, est par définition la limite entre les phases II et III de la courbe, elle est définie par interpolation graphique de la courbe de fluage (Fig. 5) conformément à la norme (AFNOR, 2000). La pression limite est la pression mesurée ou extrapolée pour un volume injecté équivalent à deux fois le volume initial de la cavité. Dans notre cas, un forage a été réalisé préalablement à l’essai, ainsi la pression limite est la pression lorsque le volume atteint Vℓ, avec : (1) où Vs (mm3) est le volume initial de la sonde et V1 (mm3) correspond au volume de la sonde au début de la phase pseudo-élastique (Fig. 5).

Après chaque essai pressiométrique dans le massif, le forage est refermé par du matériau identique à celui utilisé pour remplir la cuve et une nouvelle sollicitation thermique est appliquée. Une série d’essais préliminaires a permis de vérifier la répétabilité des essais et d’estimer l’incertitude de chacun des paramètres déterminés : EM : ± 10 %, Pf : ± 5 %,  : ± 5 % (Eslami, 2014).

thumbnail Fig. 3

Position des sondes thermiques et des essais pressiométriques dans le massif compacté.

Thermo-regulated metric scale container and test positioning.
thumbnail Fig. 4

Courbes de calibration de la sonde pressiométrique en fonction de la température.

Calibration curves of the pressiometer probe according to the temperature.
thumbnail Fig. 5

Exploitation d’un essai pressiométrique selon la norme NF P94-110-1 (AFNOR, 2000).

Determination of the pressiometer parameters using the standard NF P94-110-1 (AFNOR, 2000).

2.4 Programme d’essai et référencement

Dans le cadre de cette étude, 4 massifs d’essais, comprenant chacun six essais mini-pressiométriques ont été réalisés : un cycle de chauffage-refroidissement (20–40–20 °C) a été appliqué au 1er massif, un cycle de refroidissement-chauffage (20–1–20 °C) a été appliqué au 2e massif et plusieurs cycles de chauffage-refroidissement entre 1 et 40 °C ont été appliqués au 3e et 4e massif. La température initiale est toujours de 20 °C. L’équilibre thermique a été atteint pour chaque palier avant d’effectuer l’essai mini-pressiométrique. Les températures sont contrôlées en différents points du massif au moyen de thermocouples PT100 comme indiqué sur la figure 3. Dans cet article, seules les mesures réalisées à mi-hauteur de la cuve et à 150 mm du bord sont données, soit une position équivalente au centre de la sonde pressiométrique (Fig. 3). Les essais effectués sont numérotés « Tn », où « T » est la température lors de l’essai (c’est-à-dire 1, 20 ou 40 °C) et « n » un indice qui s’incrémente pour chaque nouvel essai effectué à la même température.

3 Résultats

3.1 1er massif – 1er cycle de chauffage (20–40–20 °C)

La température du premier massif est successivement portée à 20 °C, 40 °C puis de nouveau à 20 °C. La température au sein du massif est suivie en continue à l’aide des sondes thermiques. Une fois l’équilibre thermique atteint (±1 °C), soit en moyenne au bout de 65 h, deux essais mini-pressiométriques sont réalisés (Fig. 6a). Ainsi, deux essais ont été effectués à la fin du 1er palier à 20 °C (20a et 20b), deux essais ont été réalisés à la fin du palier à 40 °C (40a et 40b) et deux essais à la fin du dernier palier à 20 °C (20c et 20d).

Les valeurs de la teneur en eau et de la masse volumique sèche obtenues à la fin de chaque palier sont moyennées et tracées (Fig. 6b et 6c). Les teneurs en eau mesurées dans ce 1er massif lors des forages successifs sont toutes comprises entre 29,5 % et 32 %. Les masses volumiques sèches évoluent de 1,22 à 1,42 Mg/m3 et ce malgré le compactage du massif en 11 couches. Toutefois, les différents forages montrent les mêmes évolutions avec la profondeur ainsi, le massif peut être considéré comme étant homogène dans le plan horizontal ce qui garantit que les essais sont réalisés dans des conditions similaires. La masse volumique sèche moyenne, dans la zone de réalisation de l’essai (de 200 à 580 mm de profondeur) est de 1,32 ± 0,05 Mg/m3. Un problème d’acquisition des données n’a pas permis l’exploitation de l’essai 20a. Les résultats des cinq autres essais sont présentés dans la figure 7.

Les modules pressiométriques (EM), les pressions de fluage (Pf), et les pressions limites () sont déterminés pour chaque essai (Tab. 1). Les résultats montrent une variation inférieure à l’incertitude de EM avec la température, tandis que les valeurs de Pf et diminuent lors du chauffage à 40 °C (Tab. 1). La diminution de Pf confirme la contraction du domaine de pseudo-élasticité de ce sol avec l’augmentation de la température en cohérence avec la littérature (Tanaka et al., 1996 ; Graham et al., 2001 ; Cekerevac et Laloui, 2004 ; Marques et al., 2004 ; Uchaipichat et Khalili, 2009). Les courbes acquises à 20 °C en fin d’essai (20c et 20d) sont proches de la courbe initiale (20a) malgré le réchauffement à 40 °C. Ainsi, malgré une évolution de ses propriétés à 40 °C, le matériau semble avoir récupéré des propriétés similaires à ses propriétés initiales lorsque la température revient à 20 °C.

thumbnail Fig. 6

Paramètres du premier massif : (a) évolution de la température au sein du massif à mi-hauteur et à 150 mm du bord de la cuve ; (b) profils moyens de la teneur en eau ; (c) profils moyens de la masse volumique sèche.

1st massif parameters: (a) temperature variation at 150 mm from the edge of the massif; (b) average moisture content profiles; (c) average dry density profiles.
thumbnail Fig. 7

Courbes pressiométriques (a) et de fluage (b) obtenues dans le premier massif.

Pressuremeter curves (a) and creep curves (b) obtained in the 1st massif.
Tableau 1

Paramètres pressiométriques obtenus lors des essais sur le 1er massif (20–40–20 °C).

Pressuremeter parameters for the 1st massif (20–40–20 °C).

3.2 2e massif – 1er cycle de refroidissement (20–1–20 °C)

Le deuxième massif est compacté puis successivement porté à 20 °C, 1 °C puis à nouveau à 20 °C. Deux essais pressiométriques sont réalisés à la fin de chaque palier, une fois l’équilibre thermique atteint, soit 2 essais à l’état initial à 20 °C (20e et 20f), puis 2 essais à 1 °C (1a et 1b) et 2 essais lors du dernier palier à 20 °C (20g et 20h) (Fig. 8a).

Pour ce 2e massif, les teneurs en eau mesurées lors des forages sont comprises entre 31 % et 32,9 %, et les masses volumiques sèches varient de 1,21 à 1,36 Mg/m3 (Fig. 8b et 8c). La masse volumique sèche moyenne, dans la zone de réalisation de l’essai (de 200 à 580 mm de profondeur) est de 1,28 ± 0,05 Mg/m3.

Les courbes pressiométriques et de fluage sont présentées sur la figure 9. Les résultats montrent que lors d’un refroidissement à 1 °C, la variation de EM reste inférieure à l’incertitude. En revanche, une augmentation significative des valeurs de Pf et , respectivement de 20 % et 10 % est observée (Tab. 2). Ainsi, le domaine pseudo-élastique est plus étendu dans le cas d’un essai à 1 °C que dans le cas d’un essai à 20 °C traduisant un durcissement du matériau. Les paramètres mesurés pour les essais finaux à 20 °C (20h et 20g) sont légèrement décalés par rapport aux résultats initiaux (20e et 20f). Ainsi, une réversibilité seulement partielle de l’impact de la sollicitation thermique est observée, autrement dit, le matériau a conservé une trace de son passage à 1 °C. Le résultat de cet essai montre que le refroidissement du matériau entraîne un durcissement du matériau, ce qui entraînerait une augmentation de sa résistance. Cependant, lors de l’utilisation des géostructures énergétiques, de nombreux cycles successifs seront appliqués, leur effet cumulé doit être vérifié par l’application de plusieurs cycles consécutifs de chauffage-refroidissement.

thumbnail Fig. 8

Paramètres obtenus dans le 2e massif : (a) évolution de la température au sein du massif à mi-hauteur et à 150 mm du bord de la cuve ; (b) profils moyens de la teneur en eau ; (c) profils moyens de la masse volumique sèche.

2nd massif parameters: (a) temperature variation at 150 mm from the edge of the massif; (b) average moisture content profiles; (c) average dry density profiles.
thumbnail Fig. 9

Courbes pressiométriques (a) et courbes de fluage (b) obtenues dans le 2e massif.

Pressuremeter curves (a) and creep curves (b) obtained in the 2nd massif.
Tableau 2

Paramètres pressiométriques obtenus lors des essais du 2e massif (20–1–20 °C).

Pressuremeter parameters for the 2nd massif (20–1–20 °C).

3.3 3e et 4e massifs – Variation cyclique de la température

Deux massifs ont été préparés afin de quantifier l’effet de multiples cycles de chauffage-refroidissement sur les paramètres pressiométriques. Pour ces massifs, la température initiale était de 20 °C puis la température a successivement été portée à 1 °C puis 40 °C. Trois cycles de chauffage/refroidissement sont réalisés pour chaque massif. L’évolution de la température et la position des essais sont reportées sur la figure 10. Pour le 3e massif, un essai a été réalisé à 20 °C (20i) puis au cours du premier (1c et 40c) et du dernier cycle (1d, 40d et 1e) (Fig. 11). Pour le 4e massif, les essais sont réalisés systématiquement à chaque palier à 1 °C (1f, 1g et 1h) et 40 °C (40e, 40f et 40g) mais la valeur à 20 °C n’a pas été acquise (Fig. 12).

Les tableaux 3 et 4 présentent les teneurs en eau et les densités sèches mesurées sur les carottes prélevées avant les essais mini-pressiométriques réalisés dans les massifs 3e et 4e. Pour ces massifs, comme les précédents, les variations des teneurs en eau et des densités sèches mesurées par carottage sont inférieures à 1 %. La comparaison globale des courbes pressiométriques obtenues (Fig. 11a et 12a) confirme une diminution de l’étendue du domaine pseudo-élastique lors des paliers à 40 °C (thermal softening) et une augmentation lors des paliers à 1 °C (thermal hardening).

Les paramètres pressiométriques, calculés pour chaque étape sont donnés en tableaux 3 et 4 puis représentés graphiquement en la figure 13. Les évolutions des deux massifs sont comparables l’une avec l’autre. Au cours du premier refroidissement, la pression de fluage Pf augmente sensiblement (+30 %) pour atteindre une valeur qui peut être considérée comme stable au-delà de cette première sollicitation puisque les évolutions suivantes ne dépassent pas le domaine d’incertitude de 5 % pour ce paramètre (Fig. 13a et 13b).

L’évolution de la pression limite () est nettement plus prononcée, toutes les valeurs mesurées à 40 °C sont inférieures à celles mesurées à 1 °C. Cette évolution, réversible, est vérifiée à chaque palier, le taux de variation est estimé à 1,5 kPa/°C dans la plage de température étudiée (1–40 °C) (Fig. 13c et 13d). La pression limite est un paramètre dimensionnant pour les fondations des bâtiments. Une diminution de la valeur de , comme c’est le cas à 40 °C se traduit par une diminution de la contrainte de rupture sous chargement vertical. Son évolution doit donc être prise en compte dans les calculs en considérant les situations les plus contraignantes, c’est-à-dire à 40 °C. Une attention doit également être portée pour contrôler la température du massif portant afin d’éviter une dérive des températures du sol au fur et à mesure des cycles.

L’incertitude sur la détermination expérimentale des modules est généralement plus élevée que celle sur la résistance du fait que le module cumule les incertitudes des deux paramètres mesurés (contrainte et déformation) et qu’il est sensible au choix de sa plage de détermination. Cela a été confirmé lors des essais de répétabilité qui ont montré une incertitude du module pressiométrique EM de 10 %, supérieure aux incertitudes sur les autres paramètres (5 %). Ainsi, les valeurs mesurées présentent une plus grande variabilité et sont plus difficiles à interpréter (Fig. 13e et 13f).

thumbnail Fig. 10

Évolution des températures au sein des 3e et 4e massifs (a et b) à 150 mm du bord de la cuve et chronologie des essais réalisés.

Temperature variation at 150 mm from the edge in the 3rd (a) and 4th (b) massif and the chronology of the pressuremeter tests (points).
thumbnail Fig. 11

Courbes pressiométriques (a) et courbes de fluage (b) obtenues dans le 3e massif.

Pressuremeter curves (a) and creep curves (b) obtained in the 3rd massif.
thumbnail Fig. 12

Courbes pressiométriques (a) et courbes de fluage (b) obtenues dans le 4e massif.

Pressuremeter curves (a) and creep curves (b) obtained in the 4th massif.
Tableau 3

Paramètres pressiométriques pour la 3e massif : cycles chauffage-refroidissement (20–1–40–1–40–1–40–1 °C).

Pressuremeter parameters for the 3rd massif: heating-cooling cycles (20–1–40–1–40–1–40–1 °C).

Tableau 4

Paramètres pressiométriques pour la 4e massif : cycles chauffage-refroidissement (20–1–40–1–40–1–40–1 °C).

Pressuremeter parameters for the 4th massif: heating-cooling cycles (20–1–40–1–40–1–40 °C).

thumbnail Fig. 13

Variation de la pression de fluage (Pf) (a, b), de la pression limite () (c, d) et du module pressiométrique (EM) (e, f) pour chaque palier du 3e et du 4e massif.

Variation of creep pressure (Pf) (a, b), limit pressure () (c, d) and pressuremeter modulus (EM) (e, f) with temperature for the 3rd (a) and 4th (b) massif.

4 Commentaires et conclusion

L’objectif de cet article était de quantifier l’effet des variations cycliques de température sur les paramètres mécaniques d’un sol compacté non saturé soumis à de multiples cycles de chauffage-refroidissement. Un protocole expérimental a été mis en place afin de réaliser des essais mini-pressiométriques en laboratoire sur des éprouvettes de grande taille composées de couches successives de sol compacté. Les variations du module pressiométrique (EM), de la pression de fluage (Pf) et de la pression limite () ont été mesurées dans des conditions thermiques imposées (1–40 °C) sur un sol argileux compacté sélectionné pour sa sensibilité aux variations de température.

Les résultats ont montré une diminution de la pression de fluage et de la pression limite à mesure que la température augmente. Ces observations sont cohérentes avec la bibliographie qui décrit une diminution de l’étendue du domaine élastique des sols avec l’augmentation de la température (thermal softening) (Uchaipichat et Khalili, 2009).

L’application de 3 cycles thermiques montre que l’effet pour le premier cycle est plus important que pour les cycles suivants. Ce résultat est rencontré pour d’autres types de sollicitations comme par exemple, lors de l’application de cycles de séchage puis réhumidification (Nowamooz et Masrouri, 2008). Le premier refroidissement occasionne une restructuration du matériau qui lui permet d’atteindre un nouvel équilibre susceptible de supporter des contraintes plus importantes.

Le léger durcissement constaté sur le second massif lors de l’application du cycle de refroidissement (20–1–20), n’est qu’en partie réversible. Ainsi, lors de l’application du second cycle, le matériau, est moins déformable, l’impact du cycle suivant est ainsi moins prononcé et la pression de fluage Pf atteint une valeur d’équilibre indépendante de la température après plusieurs cycles.

La pression limite () diminue légèrement lorsque la température augmente avec un taux d’évolution de 1,5 kPa/°C. Cette évolution s’avère totalement réversible dans la plage de température étudiée (1–40 °C) et se répète à chaque cycle. La pression limite est un paramètre important dans le calcul de la charge ultime des pieux énergétiques. Par conséquent, la variation de la pression limite en fonction de la température doit être prise en compte lors de l’estimation de la capacité portante des fondations et des pieux géothermiques en particulier, lorsqu’ils sont construits dans des sols sensibles à la température. L’étude de l’interface sol-structure devra également faire l’objet d’une grande attention. Ce point, non traité ici revêt une importance particulière pour les ouvrages.

Remerciements

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du projet ANR GECKO (GEostructures, Couplage solaire hybride et stocKage d’énergie Optimisé : Solution pour bâtiments à énergie positive). Les auteurs remercient les partenaires du projet.

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Citation de l’article : Sandrine Rosin-Paumier, Hossein Eslami, Adel Abdallah, Farimah Masrouri. Évolution des paramètres pressiométriques d’un massif argileux non saturé soumis à des variations monotones et cycliques de la température. Rev. Fr. Geotech. 2021, 167, 4.

Liste des tableaux

Tableau 1

Paramètres pressiométriques obtenus lors des essais sur le 1er massif (20–40–20 °C).

Pressuremeter parameters for the 1st massif (20–40–20 °C).

Dans le texte
Tableau 2

Paramètres pressiométriques obtenus lors des essais du 2e massif (20–1–20 °C).

Pressuremeter parameters for the 2nd massif (20–1–20 °C).

Dans le texte
Tableau 3

Paramètres pressiométriques pour la 3e massif : cycles chauffage-refroidissement (20–1–40–1–40–1–40–1 °C).

Pressuremeter parameters for the 3rd massif: heating-cooling cycles (20–1–40–1–40–1–40–1 °C).

Dans le texte
Tableau 4

Paramètres pressiométriques pour la 4e massif : cycles chauffage-refroidissement (20–1–40–1–40–1–40–1 °C).

Pressuremeter parameters for the 4th massif: heating-cooling cycles (20–1–40–1–40–1–40 °C).

Dans le texte

Liste des figures

thumbnail Fig. 1

Caractéristiques de l’illite étudiée : (a) courbe de compactage, Sr : degré de saturation ; (b) distribution de la taille des particules.

Characteristic of the studied illitic soil: (a) Compaction curve, Sr: the degree of saturation; (b) particle size distribution.
Dans le texte
thumbnail Fig. 2

Cuve en modèle réduit et instrumentation associée.

Total parts of developed experimental device and instrumentation.
Dans le texte
thumbnail Fig. 3

Position des sondes thermiques et des essais pressiométriques dans le massif compacté.

Thermo-regulated metric scale container and test positioning.
Dans le texte
thumbnail Fig. 4

Courbes de calibration de la sonde pressiométrique en fonction de la température.

Calibration curves of the pressiometer probe according to the temperature.
Dans le texte
thumbnail Fig. 5

Exploitation d’un essai pressiométrique selon la norme NF P94-110-1 (AFNOR, 2000).

Determination of the pressiometer parameters using the standard NF P94-110-1 (AFNOR, 2000).
Dans le texte
thumbnail Fig. 6

Paramètres du premier massif : (a) évolution de la température au sein du massif à mi-hauteur et à 150 mm du bord de la cuve ; (b) profils moyens de la teneur en eau ; (c) profils moyens de la masse volumique sèche.

1st massif parameters: (a) temperature variation at 150 mm from the edge of the massif; (b) average moisture content profiles; (c) average dry density profiles.
Dans le texte
thumbnail Fig. 7

Courbes pressiométriques (a) et de fluage (b) obtenues dans le premier massif.

Pressuremeter curves (a) and creep curves (b) obtained in the 1st massif.
Dans le texte
thumbnail Fig. 8

Paramètres obtenus dans le 2e massif : (a) évolution de la température au sein du massif à mi-hauteur et à 150 mm du bord de la cuve ; (b) profils moyens de la teneur en eau ; (c) profils moyens de la masse volumique sèche.

2nd massif parameters: (a) temperature variation at 150 mm from the edge of the massif; (b) average moisture content profiles; (c) average dry density profiles.
Dans le texte
thumbnail Fig. 9

Courbes pressiométriques (a) et courbes de fluage (b) obtenues dans le 2e massif.

Pressuremeter curves (a) and creep curves (b) obtained in the 2nd massif.
Dans le texte
thumbnail Fig. 10

Évolution des températures au sein des 3e et 4e massifs (a et b) à 150 mm du bord de la cuve et chronologie des essais réalisés.

Temperature variation at 150 mm from the edge in the 3rd (a) and 4th (b) massif and the chronology of the pressuremeter tests (points).
Dans le texte
thumbnail Fig. 11

Courbes pressiométriques (a) et courbes de fluage (b) obtenues dans le 3e massif.

Pressuremeter curves (a) and creep curves (b) obtained in the 3rd massif.
Dans le texte
thumbnail Fig. 12

Courbes pressiométriques (a) et courbes de fluage (b) obtenues dans le 4e massif.

Pressuremeter curves (a) and creep curves (b) obtained in the 4th massif.
Dans le texte
thumbnail Fig. 13

Variation de la pression de fluage (Pf) (a, b), de la pression limite () (c, d) et du module pressiométrique (EM) (e, f) pour chaque palier du 3e et du 4e massif.

Variation of creep pressure (Pf) (a, b), limit pressure () (c, d) and pressuremeter modulus (EM) (e, f) with temperature for the 3rd (a) and 4th (b) massif.
Dans le texte

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