Le Soil-Mixing consiste à traiter le sol avec un liant hydraulique en le mélangeant mécaniquement en place pour améliorer ses propriétés mécaniques et / ou hydrauliques. Son attrait économique ainsi que son faible impact environnemental ont fait de cette méthode, jusque récemment cantonnée à l'amélioration de sols compressibles, une alternative compétitive aux méthodes traditionnelles de renforcements des sols, de soutènements (temporaires voire définitifs), de fondations et de travaux d'étanchéités. Avec l'augmentation de la demande, de nouvelles exigences sont apparues : elles concernent aussi bien les propriétés mécaniques que la durabilité du matériau.

Au sein de l'IFSTTAR et du CEREMA, les premiers travaux sur la méthode du Soil-Mixing en collaboration avec Soletanche-Bachy se sont concentrés sur les propriétés mécaniques du matériau, son ouvrabilité et d’aborder les aspects liés à sa mise en œuvre et à sa durabilité.

Cependant, des questions cruciales restent sans réponse. Les travaux de recherche menés à l'IFSTTAR démontrent en effet que la transposition directe des résultats obtenus en laboratoire aux applications in situ sont tels que l’on constate par exemple des rapports variant de 1 à 3 au niveau des mesures de résistance obtenues en laboratoire et in situ. De même, il est nécessaire de prendre en compte l'énergie de malaxage fournie, ainsi que la cinématique. Les essais en laboratoire et/ou en fosse expérimentale seront par conséquent comparés de manière systématique avec des résultats obtenus sur des matériaux réalisés in situ.

Concrètement, le travail de thèse aura pour but d'étudier l'influence de la mise en œuvre du matériau et de proposer, pour une application in situ, une formulation du matériau adaptée à la géologie rencontrée, ainsi qu’à l’outil utilisé et à l'application visée.

En ce qui concerne la durabilité du matériau, plusieurs conditions de cure et de conservation seront testées afin de quantifier l'impact sur le comportement à long terme des matériaux (dégradation des propriétés). Nous étudierons en particuliers l’impact des cycles hydriques et de température, de la présence de polluants dans l'encaissant (sulfates, diesel, NaCl, etc.) ainsi que l’influence des cycles de chargement-déchargement ou des vibrations sur la prise et le vieillissement. Il s’agit là d’autant de sources de problèmes potentiellement rencontrés dans les sols de type urbain, anthropisés et hétérogènes.

Ce travail de recherche s’appuiera également sur des chantiers de renforcement de digues par la méthode du soil mixing actuellement en cours et suivis par le CEREMA. Ces chantiers permettront d’alimenter la base de données qui compare les résultats des mélanges effectués sur site et ceux effectués en laboratoire. Ils permettront aussi d’évaluer des caractéristiques propres du mélange en place à l’état frais (w la teneur en eau, ρh la masse volumique apparente humide, la maniabilité) et à l’état durci (k la perméabilité à l’eau du mélange en forage).
Dans le contexte de renforcement de digues, une attention particulière sera portée à l’érodabilité des matériaux traités par Soil Mixing. Il s’agit là d’un enjeu important pour la validation de cette technique. Les premiers essais ont montré que ces matériaux traités sont bel et bien « érodables », avec une contrainte seuil plutôt élevée, puis une érosion rapide se produit dans le matériau. Une étude paramétrique sur l’érodabilité des sols traités en fonction de leurs compositions, du dosage en ciment, etc…viendra compléter l’étude en laboratoire pour évaluer le vieillissement des matériaux traités.

Ainsi, le doctorant aura à charge d’appliquer et de développer des essais, des outils et des protocoles expérimentaux permettant d'atteindre les objectifs précédemment décrits, en s'aidant de l'expérience déjà acquise à l'IFSTTAR et au CEREMA. On s’intéressera à la recherche d'un essai permettant de caractériser la durabilité de manière simple et fiable. Les essais réalisés habituellement (notamment la compression simple) pour des raisons économiques et pratiques, ne sont pas forcément les plus adaptés.

Enfin, les aspects micro-structuraux et les mécanismes réactionnels qui ont lieu au cours de la prise et du vieillissement seront mis en regard des comportements mécaniques associés. Ils permettront d’apporter des éléments pour comprendre les phénomènes observés et de mieux prendre en compte l'hétérogénéité du matériau. Le doctorant effectuera des analyses micro-structurales de porosité (mesure de porosité à l'air, à l'eau ou par intrusion de mercure), des analyses minéralogiques par diffraction de rayons X (DRX) couplées à des analyses thermiques, ainsi que des observations 2D au microscope électronique à balayage environnemental (MEBE) couplées si nécessaire à des analyses 3D (banc gamma, tomographie de rayons X).

Date limite de dépôt des dossiers le 10 avril 2015 sur https://www.ifsttar.fr/offres-theses/index.php