Brevet FR2384903A1 — publié le 19781020

La présente invention concerne l'utilisation optimale de composés chimiques qui, ajoutésen-faible quantité aux mixtures constituant des remblais hydrauliques contenant en totalité ou partiellement ce qu'on appelle communément des fines, permettent une amélioration de la capacité portante du remblai déposé. Le traitement des reMblais hydrauliques par des composés chimiques est un procédé connu, notamment grace à deux brevets du. United States Patent Office concernant, l'un, l'utilisation de floculants pour constituer des remblais et l'autre, la lutte contre la pollution des dépots de boues de phosphate. Les composés chimiques connus sont des floculants de divers types qui provoquent la formation de flocs constitués par l'agglomération des particules de eue ayant un diamètre moyen suffisamment faible pour provoquer une importante activité de surface, soit environ entre 50 et 100 microns, et qui sont les constituants de ce qu'on désigne en mécanique des sols par sols cohérents. Les particules constituant.les sols cohérents, désignés par limons ou argiles, selon que le diamètre moyen des particules dépasse ou non 2 microns, présentent la propriété de s'entourer de films d'eau sous différentes formes physicochimiques et de constituer des structures relativement imperméables à l'eau libre, si bien que, lorsqu'on charge des sols cohérents, l'eau intergranulaire ne pouvant s'échapper instantanément, c'est elle qui monte en pression, et, étant déformable, elle ne participe pas à-la résistance au cisaillement, du à la charge, du sol constitué par les grains et l'eau. I1 faut attendre que l'eau libre, objet de cette surpression dite interstitielle ait été éliminée pour que les particules solides acquièrent une structure plus dense leur permettant d'offrir la résistance au cisaillement nécessaire. En d'autres termes, la faible dimension des particules solides empêche un chargement immédiat et demande d'attendre, pour le chargement total, la dissipation de la surpression interstitielle, ce qui peut durer plusieurs années. Ces composés chimiques connus sont des polymères hydrosolubles de très haut poids moléculaire des types - Polyacrylamide : soit sous forme d'homopolymères, soit sous forme de copolymères àvec un acide insaturé : acide acrylique, méthacrylique, vinyl sulfonique, allylsulfonique, itaconiqne, moléique.." soit sous forme de copolymères avec une amine iasat-lree : acrylate de diéthylaminoethyle, méthacrylate de dimethylaminoethyle - diallylamine, vinylamine, méthacrylate d'éthylamine, acrylate de diméthylaminoprpyle... , sous forme de sel d'un acide organique ou minéral ou sous forme de sel d'ammonium quaternaire. La quantité de ce comonomère pouvant aller de O à 100 % de la composition.La préparation de ces produits est connue dans la l'ttérature. Le poids moléculaire sera supériour à 500.000 mais de préférence supérieur à 5.000.000 . Avantageusement, les produits de très haut poids moléculaire ( 15 à 25 millions ) très efficaces pourront être utilisés dans ce procédé. - Polyéthylène oxyde : de poids moléculaire élevé . 1 à 8 millions. - - Copolymères acide acrylique ou acide méthacrylique avec des esters acry liques-: acrylate ou méthacrylate de méthyle, ethyle, butyle etc... en proportions telles que le polymère soit hydrosoluble ( environ 70 S acide 30 % ester ) de poids moléculaire élevé : 500.000 à 20 millions. Les procédés connus consistent tous à constituer des mixtures contenant en des proportions, en général bien définies, des particules @@hérentes appelées "fines" ( limons et argiles, c'est-à-dire inférieures à 50 à 100 mi- crons ) et des particules sableuses ( environ 60 microns à environ 2 M ) et à y ajouter en faible quantité les floculants décrits ci-dessus, qui ont pour effet de faire floculér les fines.La vitesse de sédimentation d'une particule étant proportionnelle au carré de son diamètre, dans que mixture de ce genre, mais sans floculant, les particules sableuses sédimentent très rapidement autour du point de rejet et est évacuée une eau chargée des fines qui ne sédimentent que beaucoup-plus lentement et, en général, au bout de plusieurs hectomètres, voire kilomètre+ L'effet des floculants est, on donnant aux particules de sol une granulométrie beaucoup moins dispersée, de provoquer une sédimetation quasi simultanée de toutes les- particules, et donc d'homogénéiser le remblai, qui présente alors en tous points une structure contenant une quantité suffisante de sable pour posséder immédiatement une capacité portante suffisante.Dans la plus récente des références citées ci-dessus, il est bien précisé qu'en l'absence de sable le remblais reste "mouvant". "In the absence of sands, the slimes will remain @@ quicksand". Dans les procédés connus, le floculant est mia en place, pour les remblais hydrauliques, dans la conduite de rejet de la mixture, de préférence entre 20 et 50 m de son orifice, ni plus près de l'orifice car sinon, la dispersion du floculant, et donc son mélange homogène avec les fines, est, malgré la turbulence, pratiquement impossible, ni plus loin de l'orifice car, sinon les flocs sont définitivement détruits par la turbulence. En outre, dans les procédés connus pour les remblais hydrauliques, l'eau clai re obtenue après sédimentation est définitivement évacuée. Enfin dans les procédas connus, pour les remblais hydrauliques, il n'est prévu aucun procédé pour accélérai l'évacuation d l'eau cc;-enue dans le ramblai sablo-limoneux ou sablo-argileun dont la perméabilit a elle accrue par l'uniformisation du diamètre moyen des particules déposées, unilormisa- ion due à la floculation des fines. L'invention propose permet de traiter, par floculants, des remblais hydrau- liques composés, éventuellement, exclusivement de fines, d'augmenter le rendement du traitement, de réduire les sujétions de mise en oeuvre et d'accélérer l'augmentation de la capacite portante du remblai L'invention consiste en premier -lieu à ajouter aux agents chimiques.floculants simultanément ou non, des agents chimiques dispersants du type - soit anioniques : sous forme de sels des polymères du type : acide polyacrylique, acide polyméthacrylique, acide polymoléiques, acide polyfumarique, acide polyvinylsuffonique, acide polystyrènesulfonique... ou les copolymères avec des monomères nonioniques comme l'acrylamide, le styrène, les esters acryliques ou méthacryliques, les esters vinyliques... Ces dispersants ayant un poids moléculaire compris entre 1000 et 400.000 et de préférence entre 3 000 et 520.000, - soit cationiques : sous forme d'homo ou copolymères des monomères cationiques du type : acrylate de diéthylamine, méthacrylate de diméthylaminoethyle, diallylamine, vynylamine, méthacrylate d'éthylamine, acrylate de dimé- thylaminopropyle.+. Ces produits ayant un poids moléculaire compris entre 1 000 et 20J)30 environ. - soit des polyoxydes d'éthyline de poids moléculaire compris entre 300 et 6 000. -La présence des dispersants n'empêche pas les risques de destruction des flocs. Mais le dispersant permet, sans neutraliser l'effet des floculants, d'obtenin un mélange homogène entre les fines et le floculant, quel que soit le point d'injection du floculant, soit de la conduite de rejet,- soit dans le cratère de dépôt La réutilisation de l'eau claire rejetée par le remblai après sédimentation des particules solides, soit dans la solution de préparation des agents chimiques, soit dans la conduite de rejet, soit dans le cratère de dépôt, permet une augmentation de rendement. La meilleure dispersion du floculant et l'augmentation du rendement du traitement permettent, d'une part, de traiter des mixtures plus riches, et éventuellement exclusivement riches en fines, d'autre part, de donner au dépôt de fines ainsi traitées des propriétés mécaniques, dues à l'augmenta- tion de perméabilité, suffisantes pour que le remblai ait, dans un délai de quelques semaines, une capacité portante, meme en l'absence de sable, de l'ordre de plusieurs diziemes de bar, c'est-à-dire suffisante pour des êtres humains, des véhicules courants et des bâtiments légers. Enfin, l'utilisation des floculants, telle que décrite ci-dessus, permet dans tous les cas l'augmentation sensible de la perméabilité du remblai composé exclusivement ou non de fines, grâce à l'uniformisation et a l'aug- mentation moyenne de la granulométrie, mais, ceci étant, l'augmentation de la capacité portante n'est pas une conséquence directe du traitement décrit ci-dessus. En effet, il est nécessaire d'évacuer une partie de l'eau contenue dans le remblai, et pour cela un gradient d'écoulezent de l'eau este nécessaire. L'un des objets de la présente invention est d'optimaliser l'écoulement de l'eau.Celui-ci peut se produire, si le dépôt est hors de toute nappe d'eau alimentée de l'extérieur, par évapo-transpiration due à l'ensoleillement et au vent, il peut être favorisé par chjarruage. Le remblai peut être maintenu artificiellement hors d'eau par drainage et/ou pompage. Pour- accél4rer l'écoulement de l'*au il est également possible dans -tous les cas de figure, d'effectuer un chargement du dépôt par un remblai naturellement perméable, tel qu'on en utilise dans les techniques dites de drain de sable. Si le depôt est prévu peut être définitivement surmonté par un tel remblai, l'augmentation de la perméabilité du dépôt, qu'il soit ou noh dans une nappe d'eau alimentée extériqurement, parmet un amortissement bien plus rapide de la surpression interstitielle, et donc, une accélération sensible de la carence de chargement. -Le traitement ainsi proposé permet l'utilisation en remblais hydrauliques de fines qui sont généralement rejetées à la mer ou à la rivière. Il permet ainsi d'augmenter le rendement du dragage et de supprimer le risque de pollution de la mer ou de la rivière.En outre, il permet d'optimaliser les moyens et les délais nécessaires pour-donner au remblai hydraulique la capacité portante - recherchée, le chargement pouvant être apporté par passes successives, correspondant à la limite instantanée de fluage, au fur et à mesure de l'amortissement de la surpression interstitielle, Exemples Exemple numéro 1 Un sable limoneux marin contenant 50 % de limons est dragué par une drag@e à cutter ayant un débit de mompe de 3 000 3/heure. Sur des échantillons prélevés on a effectué les essais suivants ( essais de laboratoire ) à l'aide d'un copolymère acrylamide-acrylate ae soude 75/25. Poids moléculaire 15 millions. Ce copolymère est appelé (A). - Suspension à 100 litre de sable limoneux, dose utilisée : 1 PPM vitesse de déeantation 22 mètres/heure, - suspension à 200 gr/litre de sable limoneux : dose utilisée : 3 PPM- vitesse de décantation 16 mètres/heure, - suspension à 250 gr/litre de sable limoneux : dose utilisée : 6 PPM vitesse de décantation : 10 mètres/heure. Les mêmes essais ont été effectués avec un mélange du floculant ci-dessus et d'un dispersant correspondant à un copolymère acrylamide acryla te de soude 60-40 - poids moléculaire 20.000. La proportion floculant-dispersant était de 90-10* Ce mélange est appelé (B) - suspension à 100 grilitre : dose de 1 PPM,vitesse de 15 mètres/heure, - suspension à 200 gr/litre : dose de 3 PPM,vitesse de 13 mètres/heure, - suspension à 250 gr/litre : dose de 6 PPM, vitesse de 8 mètres/heure. Ces essais sont extrapolés sur le site et le floculant injecte sous forme diluée dans 50 m3/heure d'eau de mer deux mètres avant la sortie de la canalisation d'amenée. L'effet du produit est mis, en évidence par l'aspect du mélange se déversant du cratère formé à l'arrivée du mélange soit cohstitué de deux parties distinctes : eau claire et matière en suspension de granulométrie moyenne supérieure à 100 miçrons correspondant à une marche optimale et économique du système. Visuellement ceci se traduit par l'apparition en surface de mousse transparente au lieu de la mousse noire habituelle. Les doses de polymère nécessaire pour une telle marche sont les suivantes (A) (B) - dragage moyen à 110 gr/litre 1,7 PPM 1,6 PPM - dragage moyen à 180 gr/litre 12 PPM 5 PPM - dragage moyen à 250 gr/litre inférieur à 50 PPM 11 PPM Exemple numéro 2 Sur un limon contenant 10 % de matières organiques, polymère (A) : copolymère acrylamide-méthacrylate de diméthylaminoethyîe sous forme de sel d'ammonium quaternaire du clilorure de méthyle proportion 70-30 Mélange (B) : polymère (A) + polypxyde dséthylène poids moléculaire 1 500 proportion 85-15. Les quantités sont d'onnées pour une vitesse de décantation de 2 mètres/heure. Concentration du limon quantité (A) quantité (B) (gr/litre) (PPM) (PPM) 50 1,2 1,3 120 2,8 2,8 190 G,3 sur une drague de 1 000 m3/heure, le floculant était introduit dans 20 m3/ heure d'eau les résultats sont les suivants pour obtenir un écoulement d'eaulimon séparés a la sortie du cratère. Concentration du limon quantité nécessaire quantité nécessaire (A) (B) 50 gr/litre 2,0 PPM 2,0 PU i20 gr/litre 7,6 PPM 5,4 PPM 190 gr/litre inférieur à 50 PPM 16 PPM R E V E N I C A T I O N S 1 - Traitement pour l'augmentation de la perméabilité d'un remblai hydrauli que, caractérisé par l'adjonction à la mixture de composés chimiques floculants, que le remblai contienne partiellement ou en totalité des par ticules de. diamètre inférieur à environ 50 à 100 microns. 2 - Traitement, conformément à la revendication numéro li caractérisé par le fait que, simultanément ou non à l'action de composés chimiques flocu lants, la mixture est soumise à l'action de composés chimiaues dispersants du type. - anioniques : sous forme de sels des polymères du type : acide polyacry lique, acide polyméthacrylique, acide polymoléique. , acide polyfumarique, acide polyvinylsulfonique, acide polystyrenesulfonique... ou les copoly mères avec des monomères nonioniques comme l'acrylamide, le styrène, les esters acryliques ou méthacryliques, les esters vinyliques... Ces disper sants ayant un poids moléculaire compris entre 1000 et 400.000 et de pré férence entre 3 000 et 520.000. Les proportions floculant-dispersant seront comprises entre 50/50 et 95/5. De préférence, entre 90/10 et 80/20. On peut utiliser les deux produits soit Sous forme de solution commune soit en les pompant séparément de ma -nière à optimaliser le résultat visuelen variant leb proportions..Pans le -cas d'une solution commune, les deux produits devront etre compatibles. ou rendus compatibles par la présence de sel, d'acide ou de base. Dans ce dernier cas, on préfère utiliser une eau saline ( par exemple eau de mer'),- 3 - Traitement, conformément à la revendication numéro 1 ou aux,revendica- tions 1 et 2, caractérisé par le fait que, simultanément ou non à l'action des- composés chimiques floculants, la mixture est soumise à l'action de composés chimiques dispersants du type - soit cationiques : sous forme dthomo ou copolymères des monomères ca tioniques du type : acrylate de diéthylamine, méthacrylate de diméthyla minoethyle, diallylamine, vynylamine, méthacrylate d'éthylamine, acryla te de diméthylaminopropyle... Ces produits ayant un poids moléculaire compris entre 1 000 et 20.000 environ ; - soit des polyoxydes d'éthylène de poids moléculaire compris entre 300 et 6 000. Les proportions floculant-dispersant seront comprises entre 50/50 et 95/5. De préférence, entre-90/10 et 80/20. On peut utiliser les deux produits soit sous forme de solution commune soit en les pompant séparé ment de manière à optimaliser le résultat visuel en variant les propor tions-. Dans le cas d'une solution commune les deux produits devront etre compatibles ou rendus compatibles par la présence de sel, d'acide ou de base. Dans ce dernier cas, on préfère utliser une eau saline (par exemple eau de mer). 4 - Traitement d'après les revendications 2 et/ou 3, caractérisé par le ait que, conjointement ou indépendamment les uns des autres les composés lloculants et les composés dispersants sont introduits dans la mixture dans la eonduite de rejet, au point de rejet ou directement dans le rem blai. 5 - Traitement d'après les revendications 2, 3 et/ou 4, caractérisé par le fait que l'eau évacuée du remblai est -réintroduite, soit dans la solution initiale de composés chimiques, soit dans la conduite de rejet, soit au point de rejet, soit dans le-remblaiv 6 - Procédé pour l'augmentation axe la capacité portante d'un remblai hydrati- lique traité d'après les revendications 1, 2, 3, 4 et/ou 5, en maintenant le remblai obtenu hors d'atteinte de l'alimentation par une nappe d'eau extérieure et en le soumettant à l'évapo-transpiration, avec ou sans charruage 7 - Procédé pour augmenter la capacité portante d'un remblai hydraulique traité d'après les revendications 1, 2, 3, 4, 5 et/ou 6, caractérisé par le fait que le remblai hydraulique est chargé par un remblai naturelle ment perméable, quelle que soit la cadence de mise en place de ce deuxiè me remblai, en particulier la cadence la plus rapide qui puisse être obte nue sans rupture du remblai hydraulique, grâce aux traitements, objets des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et/ou 6.