Brevet FR2123180A1 — publié le 19720908

La présente invention se rapporte à un procédé d'amélioration de la structure de sols, en particulier de sols sablonneux, par utilisation d'émulsions bitumineuses. De nombreux pays possèdent des étendues, parfois importantes, de sols sablonneux qui sont stériles, car ils n'absorbent pas et ne retiennent pas l'eau de pluie ou dtirrigation. Ils ne restent donc pas suffisamment humides et ne permettent pas le développement et la croissance de plantes. I1 en résulte qu' ils sont particulièrement sujets à l'érosion par le vent et même par la pluie. On a déjà proposé d'utiliser des émulsions de bitume, sous forme de films ou de bandes, de manière à maintenir l'humidité du sol et à empêcher le déplacement de sols meubles. Mais il est évident que cette technique, qui fait appel à des émulsions bitumineuses à caractère hydrophobe, ne modifie aucunement les propriétés physiques de ces sols dont la structure n'est pas influencée. D' ailleurs, il est connu que ce procédé n'est applicable qu'à des terres de'jà ensemencées et dont la nature est telle qu' elles retiennent facilement l'humi- dité. Dans le cas de sols sablonneux, il est nécessaire de modifier entièrevent leur structure de sorte que les grains de sable forment des agglomérats stables qui absorbent et retiennent l'eau de pluie ou d'irrigation et qui perxeX tent à l'air d'accéder facilement dans leurs interstices. Ces conditions sont essentielles pour que ces sols deviennent aptes au développement de la flore mi crobienne et végétale. Grâce à cette modification de structure, les sols sa- blonneux sont stabilisés, ce qui est important, notamment dans des travaux de génie civil, où, par exemple, des berges de canaux, des talus bordant des routes ou des voies de chemin de fer, des dunes, etc.. sont ainsi protégées de ls érosion. La présente invention a pour objet un procédé dtamélioration de la structure de sols sablonneux par agglomération des particules hydrophobes de sable en agrégats stables. Le procédé de la présente invention consiste essentiellement à ir;- corporer dans le sol sablonneux une émulsion aqueuse hydrophile de bitume conte- nant un composé tensio-actif du type non ionique et un composé tensio-actif du type anionique. Plus particulièrement, on incorpore dans le sol une emulsion de bi turne constituée par un mélange de 45 à 70% en poids de bitume avec 0,5 à 5% en poids, calculé sur le bitume, d'un condensat d'oxyde dtalcoylène sur un alcool aliphatique supérieur ou sur un alcoylphénol, ce condensat contenant de 2 à 15 groupes d'oxyde d'alcoylène, et avec 1 à 3% en poids, calculé sur le bitume, de composé tensio-actif anionique du type sulfate ou sulfonate, le reste étant cons titué par de l'eau, cette émulsion ayant un pH compris entre environ 9 et 12 Cette émulsion peut également contenir un stabilisant, utilisé en une quantité ne dépassant généralement pas 1% du poids de bitume. Ltéulsion est appliquée au terrain sablonneux de manière à la faire pénétrer dans le sol, par tout moyen approprié, sur une profondeur pouvant atteindre 25 cm mais se situant le plus souvent entre 5 et 10 cm. De cette façon, les particules du terrain s'agglomèrent en agrégats stables, qui fixent l'eau, alors que du sable non traité ne retient pratiquement pas l'humidité. Cependant, les meilleurs agrégats à caractère hydrophile ne peuvent être obtenus que si l'émulsion de bitume répond à certains critères. C'est ainsi que 1 'émulsion doit mouiller les particules de sable et y adhérer pour qu'elles s'agglomèrent en agrégats stables. D'autre part, l'émulsion doit être hydrophile sans que, cependant, ce caractère hydrophile soit trop prononcé, sinon le produit est entraîné par l'eau. De plus, l'émulsion doit être stable au stockage, meme à tempErature relativement basse, sans pour cela nécessiter une concentration élevée de bitume, ce qui rendrait l'émulsion très visqueuse et difficile à pulvériser sur le sol. I1 faut aussi que l'émulsion, incorporée dans le sol, soit de préférence à rupture lente ou éventuellement à rupture s d -rapide. Une émulsion hydrophile de bitume ne peut répondre à ces conditions, parfois même contradictoires, que par un choix judicieux des constituants de 1 émulsion et de leur proportion dans le mélange final. Le condensat à base d'oxyde ci'alcoylène, qui confère le caractère hydrophile à l'émulsion, est utilisé en une quantité comprise entre environ 0,5 et 5% du poids de bitume mis en oeuvre. Des émulsions contenant moins de 0,5% de ce condensat ne sont pas suffisaaent hydrophiles, de sorte que les agrégats de sol sablonneux obtenus avec de telles emulsions n'absorbent que 3 à 4% d'eau, ce qui est nettement insuffisant pour le développement de végétaux. Par contre, lorsque la quantité de condensat dépasse 5%, il est malaise d'obtenir une éuul sion et le 4lange final est trop hydrophile. De préférence, on utilise le condensat en une quantité comprise entre environ 1% et 2,5% du poids de bitume. On peut utiliser tout condensat, suffissnment soluble dans liteau, obtenu par réaction de plusieurs moles d'oxyde d'alcoylène sur un composé hydro-xylique, tel qu'un alcool aliphatique supérieur ou un alcoylphénol. L'alcool aliphatique supérieur contient généralement de 12 à 18 atomes de carbone, tandis que l'alcoylphénol comporte un radical alcoyle qui, le plus souvent, est un radical octyle ou nonyle. Les oxydes d'alcoylène les plus couramnent utilisés sont les oxydes d'éthylène et de propylène, étant entendu que l'on peut utiliser les condensats obtenus par réaction de deux oxydes d' alcoylène différents sur un me composé hydroxylique.Le nombre de molécules d1 oxyde d'alcoylène fixées à une molécule de composé hydroxylique varie en fonction du type de composé hydro xylique et du degré désiré de solubilité dans l'eau. Des condensats particulièrement interessants comportent généralement 2 à 15 moles, et de préférence 6 à 15 moles d'oxyde d'alcoylène, dans le cas d'alcool aliphatique supérieur, et 2 à 6 moles d'oxyde d'alcoylène, dans le cas d'alcoylphénols. Le composé tensio-actif anionique, du type sulfate ou sulfonate, constitue l'agent émulsifiant et on l'utilise en une quantité généralement comprise entre 1 et 3% du poids de bitume mis en oeuvre. Des proportions plus élevées de ce composé ne sont guère interessantes, car elles nuisent à la stabilité de l'émulsion finale. Ce composé anionique est choisi parmi les sels alcalins de sulfates d'alcools aliphatiques supérieurs, primaires ou secondaires, sulfates d'alcoylphénols oxyalcoylés, sulfonates résultant de la sulfonation de paraffines ou d'oléfines contenant de 12 à 18 atomes de carbone ou de composés alcoylaromatiques.Le choix du composé anionique dépend principalement de conditions économiques et, pour cette raison, on a intérêt à utiliser les sulfonates de monoalcoylbenzène, où le nombre d'atomes de carbone du radical alcoyle est compris entre 9 et 15, comme, par exemple, les dodécylbenzènesulfonates alcalins. On peut aussi incorporer éventuellement dans la composition un stabilisant d'émulsion, en une quantité ne dépassant pas généralement 1% du poids de bitume. Le choix de cette quantité dépend principalement de la vitesse de rupture désirée de l'émulsion de bitume, cette vitesse étant elle même fonction de la qualité du bitume, du type et de la quantité de condensat d'oxyde d'alcoylène et de sulfonate, du pH de ltémulsion, de la nature du sol traité et aussi de la nature du stabilisant. En général, tout stabilisant d'émulsion connu peut être employé, comme par exemple les amides grasses, les alcools gras libres, à poids moléculaire élevé, saturés ou non saturés. Le choix du stabilisant dépend surtout de considérations économiques et, à cet égard, les lignosulfonates alcalins sont particulièrement avantageux. Le pH de l'émulsion de bitume constitue aussi un facteur important au point de vue de la vitesse de rupture de cette émulsion, cette vitesse devant être lente de préférence. A cet effet, il est avantageux que le pH soit compris entre 9,5 et 12, plus particulièrement entre 10 et 12. On règle ce pH par addition de composés basiques ou à caractère basique, tels que alcali caustique, ammoniaque, etc.., ce dernier présentant l'avantage d'apporter un élément nutritif à ia flore végétale. On peut aussi ajouter d'autres substances fertilisantes, des phytohormones, etc.. Il est également possible d'ajouter des semences à 11 émulsion bitumineuse, auquel cas il put être opportun d'épaissir l'émulsion, par exemple par addition de bentonite, pour maintenir ces semences en dispersion dans l'émulsion. On peut préparer l'émulsion aqueuse de bitume en chauffant le bitume à une température de l'ordre de 110 à 1500C, puis en ajoutant la phase aqueuse contenant le condensat d'oxyde d'alcoylène, le composé tensio-actif anionique7 le stabilisant d'émulsion, le composé basique et les autres additifs éventuels. En général, la quantité de bitume varie entre 45 et 70% du poids d'émulsion totale. Le mélange de bitume et de phase aqueuse est ensuite émulsionné à l'aide de tout dispositif usuel, tel qu'un moulin colloldal. On utilise l'émulsion bitumineuse à raison de 0,5 à 2,5 litres par mètre carré de terrain, la quantité variant en fonction de la nature du sol trai té et de sa teneur en humidité. Pour faciliter l'épandage et l'incorporation de l'émulsion dans le terrain, on la dilue par 1 à 3 fois, le plus souvent par 1 à 2 fois son volume d'eau. Ces caractéristiques et autres particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'exemples d'exécution, donnés à titre d' illustration et ne comportant aucun caractère limitatif. Exemple 1 : On prépare une émulsion bitumineuse à partir de 50 parties en poids de bitume ayant un indice de pénétration, à 25"C, de 180 à 200 dixièmes de nm, et de 50 parties en poids de phase aqueuse, contenant 1,5% en poids (calculé sur le poids de bitume) d'un condensat de 8 moles d'oxyde d'éthylène par mole d'un mélange d'alcools C12-C14 , 2,5% en poids d'un mélange contenant une majeure partie environ 95%) de dodécylbenzènesulfonate sodique et une quantitré moindre de sulfonates d'alcoylbensènes où les groupes alcoyles contiennent respectivement 9 à 15 atomes de carbone, et 0,5% en poids de lignosulfonate sodique, l'émulsion étant amenée au pH 10,5 par addition de potasse caustique. L'émulsion obtenue est stable et à rupture lente. 2 On utilise cette émulsion à la dose de 1,5 litre par m de terrain sablonneux. Le produit est dilué à raison de 200% avant application pour faciliter 1' épandage sur le sol et son incorporation à une profondeur moyenne de 10 centimètres. Des échantillons de sol ont été prélevés sur une profondeur de 8 om pour déterminer le degré d'agglomération et le pourcentage d'absorption d'eau. Le degré d'agglomération est le pourcentage en poids de particules de sable agglomérées en agrégats stables ayant des dimensions comprises entre 2 et 8 mm. La moyenne des résultats de plusieurs déterminations est la suivante - degré d'agglomération : 62"6 - absorption d'eau : 18% Le même terrain, non traité par I'émulsion bitumineuse décrite cidessus, n'absorbe que 2% d'eau et son degré d'agglomération est nul. A titre de comparaison, on a effectué un essai similaire avec une émulsion bitumineuse hydrophobe. Le degré d'agglomération était de l'ordre de 55% mais le pourcentage d'eau absorbée ne dépassait pas 3%. D'autre part, on a préparé des compositions similaires à celle décrite ci-dessus, en faisant varier certains facteurs, ce qui a conduit aux observations suivantes a) utilisation du condensat d'oxyde d'éthylène sur alcools gras en une quantité correspondant à 6% en poids du bitume : il ne se forme pratiquement pas d'émulsion; b) utilisation du sulfonate sodique de dodécylbenzène en une quantité cor respondant à 4,5% en poids du bitume : l'émulsion obtenue manque de stabilité; c) utilisation d'une émulsion à pH 6 : il émullion est à rupture trop rapide et le degré d'agglomération n'est que de 35%; d) utilisation d'une émulsion préparée en 11 absence du condensat d'oxyde d'éthylène sur alcools gras : le degré d'agglomération ne dépasse pas 35% Exemple 2 :On procède comme dans 1' exemple 1, mais en utilisant 2% en poids (calculé sur le bitume) d'un condensat de 4 moles d'oxyde d'éthylène sur du nonylphénol et 2% en poids de sulfate sodique d'un mélange d'alcools alipha- tiques supérieurs à 12-16 atomes de carbone et 0,3% en poids de stéarylamide. On utilise l'émulsion bitumineuse à raison d'environ 2,5 litres par 2 m de terrain sablonneux sec, l'émulsion étant diluée par environ deux fois son volume d'eau. On obtient un degré d'agglomération de 60% et le pourcentage d'eau absorbée est de 21% environ. Exemples 3 à 5 : On prépare et on utilise, comme indique dans l'exemple 1, des émulsions bitumineuses où le dodécylbensènesulfonate a été remplacé suc cessivement par Essai 3 : un mélange de sulfates sodiques d'alcools secondaires à eau atomes de carbone Essai 4 : le sulfate sodique du produit obtenu par condensation de 3 a Q moles d'oxyde d'éthylène sur du nonylphénol Essai 5 : du sulfonate potassique d'une fraction paraffinique contenait de 12 à 18 atomes de carbone. Les résultats obtenus sont les suivants : degré d' agglomération absorption d' eau Essai 3 : 57% 18% Essai 4 : 58S 19; Essai 5 : 52% 18% Exemple 6 : On procède comme dans l'exemple 1 au départ d'une émulsion aqueuse de bitume obtenue en utilisant, au lieu de dodécylbenzènesulfonate sodique et de lignosulfonate sodique, 2% en poids d'une fraction d'alcools aliphati ques supérieurs en C12-C16 non complètement sulfatée, les alcools non sulfatés (environ 20 ) agissant comme stabilisants de l'émulsion finale. Le degré d'agglomération est de 60% et le pourcentage d'eau absorbée est de 19% . REVENDICATIONS 1.- Procédé d'amélioration de la structure de sols, en particulier de sols sablonneux, caractérisé en ce que l'on incorpore dans le sol une émulsion aqueuse de bitume contenant un composé tensio-actif du type non ionique et un composé tensio-actif du type anionique. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lton incorpore dans le sol une émulsion aqueuse de bitume constituée de 45 à 70% en poids de bitume, de 0,5 à 5% en poids, calculé sur le bitume, d'un condensat d' oxyde d'alcoylène sur un alcool aliphatique supérieur ou sur un alcoylphénol, ce condensat contenant de 2 à 15 groupes d'oxydes d'alcoylène, et de 2.à 3 > en poids, calculé sur le bitume, de composé tensio-actif anionique, du type sulfate ou sulfonate, le reste de l'émulsion étant de l'eau, cette émulsion ayant un pH compris entre 9 et 12. 3.- Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'émulsion de bitume contient un stabilisant d'émulsion en une quantité ne dépassant pas 14 du poids de bitume. 4.- Procédé suivant les revendications 1 à 3, considérées dans leur l semble, caractérisé en ce que l'on répand l'émulsion sur le sol et on l'incor- pore à une profondeur de 5 à 10 cm. 5.- Procédé suivant les revendications 1 à 4, considérées dans leur ensemble, caractérisé en ce que l'émulsion de bitume contient de 1 à 2,5% en poix9 calculé sur le bitume, d'un condensat d'oxyde d'alcoylène sur un alcool alpha tique contenant de 12 à 18 atomes de carbone ou sur un alcoylphénol dont le a- dical alcoyle contient 8 ou 9 atomes de carbone. 6.- Procédé suivant les revendications 1 à 5, considérées dans leur en semble,-caractérisé en ce que l'émulsion de bitume contient de 3.à 3% en poids, calculé sur le bitume, de composé tensio-actif anionique choisi dans le groupe comprenant les sels alcalins de sulfates d'alcools aliphatiques supérieurs pri maires ou secondaires, les sels alcalins de sulfates d'alcoylphénols oxyalcoylés, les sels alcalins de sulfonates de paraffines ou d'oléfines contenant de 12 à 18 atomes de carbone ou de composés alcoylaromatiques. 7.- Procédé suivant les revendications 1 à 6, conzsidérées dans leur en semble caractérisé en ce que l'émulsion de bitume contient de 1 à 3% en poids, calculé sur le bitume, de sulfonate alcalin de dodécylbenzène. 8.- Procédé suivant les revendications 1 à 7, considérées dans leur ensemble, caractérisé en ce que le stabilisant d'émulsion est un lignosulfonate alcalin. 9.- Procédé suivant les revendications 1 à 8, considérées dans leur ensemble, caractérisé en ce que l'on utilise l'émulsion de bitume à la dose de 0,5 à 2,5 litres par mètre carré de terrain traité.