Article de recherche / Research Article

Amélioration des propriétés mécaniques des sols par biocimentation : étude mécanique et microstructurale

Improvement of the mechanical properties of soils by biocementation: Mechanical and microstructural study

¹ Université Grenoble Alpes, CNRS, GINP, Laboratoire Sols, Solides, Structures et Risques (3SR), Saint-martin-d’Hères, France
² Soletanche Bachy, Rueil-Malmaison, France
³ Compagnie Nationale de Rhône, Lyon, France

^★ Auteur de correspondance : fabrice.emeriault@3sr-grenoble.fr

Résumé

Le procédé de bio-cimentation est une technique prometteuse pour renforcer les sols lâches et de faible résistance mécanique. Cette technique a montré une très bonne efficacité pour plusieurs types de sols lors d’essais en laboratoire, dans des modèles physiques ou lors d’essais sur site. Dans le présent article, un protocole de biocimentation de sol par injection a été élaboré en laboratoire pour préparer des éprouvettes de sable de Fontainebleau à différents niveaux de cimentation. Des mesures de perméabilité et des essais triaxiaux drainés à différentes contraintes de confinement ont été réalisés sur ces éprouvettes. Ces essais ont été suivis par des observations microscopiques et aux rayons-X afin de comprendre l’impact microstructural de la précipitation de calcite. Dans l’ensemble, les résultats montrent une bonne répétabilité de la biocimentation par le protocole suivi, ainsi qu’une faible hétérogénéité dans le profil des éprouvettes biocimentées. Ces résultats ont montré aussi une augmentation importante de la résistance mécanique des éprouvettes de sable biocimenté. Par ailleurs, du point de vue microstructural, la précipitation de calcite est quasi-localisée au niveau des contacts entre grains, ce qui donne une très bonne efficacité mécanique (forte augmentation de cohésion), avec une faible diminution de perméabilité surtout pour les faibles niveaux de calcification.

Abstract

The biocementation process is a promising technique for strengthening loose and low-strength soils. This technique has shown very good efficacy for several types of soils in laboratory tests, in physical models or in field tests. In the present study, a biocementation injection protocol was developed in the laboratory to prepare samples of Fontainebleau sand at different cementation levels. Permeability measurements and triaxial tests drained at different confining stresses were performed on these samples. These tests were followed by microscopic and X-ray observations to understand the microstructural impact of calcite precipitation. Overall, the results showed a good repeatability of the biocementation by the monitored protocol, as well as a low heterogeneity in the profile of the biocemented samples. These results also showed a significant increase in the mechanical strength of the biocemented sand samples. Moreover, from a microstructural point of view, the calcite precipitation is quasi-localized at the level of the contacts between grains, which gives a very good mechanical efficiency (strong increase of cohesion), with a small decrease of permeability especially for the low levels of calcification.