Etude expérimentale et modélisation du comportement des sols meubles traités par un agent tensio-actif

Experimental study and modeling of behavior of loose soils treated with a surfactant

• Auteur / Autrice : Moez Selmi
• Direction : Philippe Dubujet, Mehrez Jamei, Mariem Kacem
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et génie de l’environnement
• Date : Soutenance le 28/07/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne ; 1961-....) - École Centrale de Lyon (1857-....)
• Jury : Président / Présidente : Essaieb Hamdi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Dubujet, Mehrez Jamei, Mariem Kacem, Zied Saada
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anis Younes, Yu Jun Cui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfactants

Tunnels

Mots clés libres

Tunnelier

EPB

Agent tensio-actifs

Mélange sol mousse

Comportement hydromécanique

Écoulement multiphasique

Dégradation de la mousse

Loose soils

Résumé

Le nombre de tunnels réalisés dans le monde est de plus en plus important pour répondre au développement économique, industriel et au besoin croissant des trafics pour diverses nécessités (facilité de transport, commerce, …). Les quantités des terres meubles produites lors des creusements des tunnels sont importantes. Il est recommandé, si les caractéristiques mécaniques le permettent, d’utiliser ces matériaux pour des remblais ou pour d’autres ouvrages. Si ces matériaux ne répondent pas aux critères géotechniques exigés, ils sont mis dans les centres de stockage des déchets non dangereux (CTU, 2016). Les propriétés mécaniques du sol excavé dépendent du traitement utilisé au cours de la procédure d’excavation par les machines de creusement. Différents types de produits, souvent des lubrifiants, sont utilisés dans l’objectif de faciliter et améliorer la procédure d’excavation. Dans le cas des sols argileux, des agents moussants sont généralement utilisés dans le but d’assurer la stabilité du tunnel, de faciliter la procédure d’excavation du sol et réduire les problèmes causés par le sol au niveau de l’avancement de la tête de coupe du tunnelier ainsi que le transport du sol par la vis d’extraction en dehors du tunnelier. L’effet de ces lubrifiants sur leComportement hydromécanique des sols excavés n’est pas encore suffisamment investigué par la communié scientifique. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’effet du traitement du sol par un agent moussant sur le comportement hydromécanique du sol ainsi que l’évolution du comportement au cours de la dégradation du lubrifiant ou de l’agent moussant choisi. En effet, l’évolution de la mousse se manifeste par l’évolution des bulles qu’elles la constituent. Une telle évolution passe de la création à l’écrasement sous des effets physiques ou mécaniques. Dans le cadre de ce travail, des sols modèles reconstitués à partir d’un mélange sable-Kaolin avec un agent tensio-actif qui joue le rôle d’un lubrifiant ont été choisis pour mener toute une série d’essais. Ces expériences permettent d’investiguer les caractéristiques hydromécaniques du sol traité par cet agent tensio-actif. Des simulations numériques du comportement mécanique et hydrique du sol traité ont été réalisées dans l’objectif de prédire le comportement d’autres sols traités par éventuellement d’autres types de lubrifiants, une fois la démarche de modélisation est retenue.

Tunnel construction worldwide is becoming increasingly important thanks to economic and industrial development and the growing need for tunnels in various applications (ease of transport, trade, etc.). On the other hand, the quantities of fine loose soil produced during digging are significant and constitute a disadvantage since they are generally classified as waste and placed in the disposal area. It is thanks to the treatment carried out and the addition of lubricants (surfactants) during digging operations that the excavated soil is considered polluted. Mechanical properties of excavated soil depend on the surfactant used during the excavation procedure. Different types of surfactant are used to facilitate and improve the excavation procedure. In the case of clay soils, foaming agents are usually used in order to ensure the stability of the tunnel, and to reduce the problems caused during the advancement of the cutter head of the tunnel boring machine as well as the transport of the excavated soil by the screw conveyor outside the boring machine. The effect of these lubricants on the hydro mechanical behavior of excavated soils has not yet been sufficiently investigated by the scientific community. The objective of this thesis is to study the effect of soil treatment with a given foaming agent on the hydromechanical behavior of the soil as well as the evolution of the behavior during lubricant degradation. Indeed, the evolution of the foam is manifested by the evolution of the bubbles of which it is composed. Such evolution goes from creation to crushing under physical or mechanical effects. As part of this work, soils model formed from a sand-Kaolin mixture with a surfactant which acts as a lubricant were chosen to conduct a whole series of tests. These experiments make it possible to investigate the hydro mechanical characteristics of the soil conditioned with foaming agent. Numerical simulations of the mechanica and hydrodynamic behavior of the treated soil were carried out with the aim of predicting the behavior of other soils treated with possibly other types of lubricants, once the modeling approach has been adopted.