Brevet FR2963365A1 — publié le 20120203

i La présente invention se situe dans le domaine des travaux publics. Plus précisément, elle se rapporte à un procédé d'élaboration d'une couche de matériaux compactés, constitutive d'une voie de circulation 5 ou d'une plateforme industrielle. A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer l'élaboration d'une sous-couche disposée en dessous l'enrobé bitumineux d'une voie de circulation (cette sous-couche pouvant être une couche de forme ou d'assise), de la couche de surface non bitumineuse d'une piste cyclable, ou 10 encore d'une couche de remblais, c'est à dire une couche de matériaux déplacés d'un endroit à un autre pour assurer une continuité de surface, sans dénivelé brusque. On peut citer aussi la réalisation d'une plateforme industrielle, c'est à dire d'une aire créée de toute pièce, sur laquelle est implanté un 15 bâtiment à usage industriel, cette plateforme étant destinée à recevoir des charges statiques lourdes et sur laquelle des engins automoteurs sont destinés à se déplacer. Ce type de couche de matériaux compactés comprend généralement un mélange d'au moins un liant hydraulique ou à base de 20 pouzzolane, avec un sable ou une grave ou un sol ou une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Ainsi, lors de la réalisation de nouvelles routes, des masses énormes de matériaux sont déplacées et mises en place, ce qui génère de nombreux déplacements de véhicules notamment de camions et d'engins 25 de terrassement. Il existe donc un besoin non résolu à ce jour de réduire "l'empreinte carbone" liée à de telles activités. Par ailleurs, on a déjà proposé d'incorporer des fibres métalliques ou en matière plastique dans certains matériaux routiers, afin 30 d'en réduire la fissuration au retrait et d'en améliorer les performances mécaniques. Ceci permet de réduire les quantités de granulats et de liants (chaux ou liants hydrauliques) et donc le coût et l'impact environnemental des travaux. Mais ces fibres doivent être préalablement fabriquées pour cette application, avec des matériaux chers, de sorte que leur coût est 5 élevé. La présente invention vise à résoudre ce problème, en proposant un procédé d'élaboration d'une couche de matériaux compactés, aussi respectueux de l'environnement que possible, tout en présentant des paramètres mécaniques optimisés. 10 Ainsi, la présente invention se rapporte à un procédé d'élaboration d'une couche de matériaux compactés, constitutive d'une voie de circulation ou d'une plateforme industrielle, comprenant un mélange d'au moins un liant hydraulique ou à base de pouzzolane, avec un sable ou une grave ou un sol ou une combinaison d'au moins deux de ceux-ci, 15 caractérisé par le fait qu'il comporte une étape qui consiste à incorporer dans ledit mélange des fibres végétales, avant de le compacter. Contrairement à une idée reçue, ces fibres ne se dégradent pas ou peu, dans la mesure où les conditions qui règnent dans ce milieu ne permettent pas aux micro-organismes de survivre. 20 Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de ce procédé : - l'on fait usage d'un mélange qui est dépourvu de liant bitumineux ; - lesdites fibres se présentent au moins en partie, sous la 25 forme de brins de paille ; - lesdites fibres présentent une longueur supérieure à un centimètre et préférentiellement inférieure à 15 centimètres ; - l'on introduit, dans ledit mélange, une quantité de fibres végétales, exprimée en masse, comprise entre environ 0.02 et environ 1% 30 de la masse totale des autres constituants dudit mélange ; - ladite étape qui consiste à incorporer dans ledit mélange des fibres végétales est mise en oeuvre dans un dispositif de malaxage, le produit issu de ce malaxage étant ensuite épandu sur le site d'élaboration de ladite couche ; - il est mis en oeuvre in situ, par épandage desdites fibres sur la surface de ladite couche déjà en place, puis malaxage desdites fibres et des matériaux de ladite couche ; - l'on utilise, pour ledit épandage, un dispositif à éléments 5 d'épandage rotatifs. - l'on utilise, pour ledit malaxage, un dispositif à fraise rotative. - l'on incorpore dans ledit mélange des fibres végétales, à l'exclusion de tout autre type de fibres. - ladite couche est une couche de remblais, de surface, 10 d'assise ou de forme. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci sera faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, de côté, d'une 15 installation d'acheminement de paille vers un centrale de malaxage de matériaux minéraux ; - la figure 2 est une vue schématique d'une sous-couche routière sur laquelle a été épandue de la paille ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure précédente, un 20 appareil malaxant la paille déposée en surface avec les matériaux de la couche. Dans l'ensemble de la présente demande, les expressions et termes énumérés ci-après ont les définitions suivantes : - sable : matériau granulaire naturel ou recyclé résultant d'un 25 processus d'élaboration (concassage et/ou criblage, lavage éventuellement) et dont les plus gros éléments ont une dimension inférieure à 6,3 millimètres (selon NF EN 13-242) - grave : matériau granulaire naturel ou recyclé résultant d'un processus d'élaboration (concassage et/ou criblage, lavage éventuellement) 30 et dont les plus gros éléments ont une dimension supérieure à 6,3 millimètres (selon NF EN 13-242) - sol : matériau naturel meuble extrait et utilisé directement ou après un traitement simple (à la chaux, au liant, criblage) sur un chantier de terrassements ; 35 - « couche d'assise de chaussée » : doit être entendue au sens du guide de conception et de dimensionnement des chaussées (SETRA-LCPC, 1994) : elle est généralement constituée de deux couches, à savoir une couche de fondation surmontée d'une couche de base. Ces couches en matériaux élaborés (le plus souvent liés pour les chaussées à trafic élevé) apportent à la chaussée la résistance mécanique aux charges verticales induites par le trafic. Elles répartissent les pressions sur la plate-forme support afin de maintenir les déformations à ce niveau dans des limites admissibles" - « couche de forme » : selon le guide de réalisation des remblais et des couches de forme (SETRA-LCPC, 2000), la couche de forme est une structure plus ou moins complexe permettant d'adapter les caractéristiques aléatoires et dispersées des matériaux de remblai ou du terrain en place, aux caractéristiques mécaniques, géométriques, hydrauliques et thermiques prises comme hypothèses dans la conception de la chaussée" . En d'autres termes, il s'agit d'une couche intermédiaire entre le sol support ou une couche de remblai et une couche d'assise. La présente description sera faite essentiellement en référence à l'utilisation de fibres végétales consistant en de la paille de céréales. Toutefois, d'autres types de fibres végétales peuvent être 20 utilisés, notamment des fibres de bois. La paille est un matériau entièrement naturel, renouvelable, et qui est disponible en grande quantités. Par ailleurs, son coût est peu élevé. De préférence, les fibres ont une longueur supérieure à un centimètre et préférentiellement inférieure à 15 centimètres. En tout état de 25 cause, il est préférable que cette longueur n'excède pas l'épaisseur de la couche dans laquelle la paille est introduite, de manière à ce qu'aucun brin ne dépasse de sa surface. Lorsqu'on fait usage de paille, il est donc nécessaire de procéder à sa découpe. Pour ce faire, on peut utiliser toute méthode et 30 matériel adaptés. Ainsi, on peut faire usage de broyeurs à végétaux. Toutefois, les machines à usage agricole, appelées « pailleuses », qui permettent de broyer des balles de paille compactée et d'épandre les brins obtenus, peuvent assurer cette fonction. L'incorporation des fibres dans le mélange de matériaux qui 35 forment la couche constitutive d'une voie de circulation ou d'une plateforme industrielle peut se faire en "centrale de malaxage" ou "in situ". Une centrale de malaxage d'un mélange sables-ciment ou graves-ciment comprend habituellement plusieurs éléments reliés par des bandes transporteuses, à savoir une trémie d'alimentation ou un silo de stockage de matériaux granulaires d'où ils sont extraits et pesés en continu, un dispositif de dosage de liant (ciment, liant routier ou autre), un malaxeur, et une trémie d'alimentation de camions transportant le produit élaboré sur le chantier. L'incorporation de fibres dans ce dispositif peut être mise en oeuvre à l'aide de l'équipement représenté à la figure 1. On y a référencé 1 une enceinte dans laquelle est stockée de la paille P broyée. Une lame rotative à ressort 2 balaie régulièrement cette masse de paille et la contraint à s'engager dans un tube 3 dans lequel est logée une vis doseuse sans fin 30. L'extrémité aval 300 de celle-ci surplombe une bande transporteuse 4 et achemine les fibres vers le malaxeur précité. L'incorporation des fibres "in situ" consiste essentiellement à épandre sur le chantier en place, par exemple avant ou après le liant, puis de malaxer ces fibres avec les matériaux constructifs de la couche. Les fibres peuvent être malaxées en même temps que le liant. Ce malaxage peut toutefois être mis en oeuvre après un premier malaxage du liant avec les matériaux de la couche. Cette dernière technique présente l'avantage de permettre au liant de se fixer aux matériaux, le malaxage ultérieur avec les fibres permettant de constituer un réseau reliant les agrégats de matériaux et de liant. L'épandage des fibres sera préférentiellement réalisé de la manière la plus homogène possible. Un matériel particulièrement approprié est celui comportant des hérissons rotatifs, connu jusqu'ici pour l'épandage de fumier. Ces hérissons peuvent être combinés à des disques rotatifs 5 à pales, comme illustré à la figure 2, dans laquelle la couche est référencée C. Le malaxage est réalisé à l'aide de tout outil approprié. Toutefois, les appareils de travail du sol 6, à fraise rotative, connus sous le vocable anglo-saxon "rotavator", conviennent parfaitement. A titre d'exemple, un dosage de 1% en masse de fibres (rapporté à la masse des matériaux de la couche C), destiné à être malaxé avec 35 centimètres de matériaux, représente une masse surfacique de 6kg/m2 de fibres de paille. La masse volumique de la paille foisonnée étant de l'ordre de 30kg/m3, ceci représente une épaisseur de 20 centimètres de paille broyée après épandage et avant malaxage. Le présent demandeur a étudié l'influence de l'incorporation de fibres végétales sur les caractéristiques techniques de la couche ainsi élaborée. Ainsi, une étude de portance a été effectuée sur un stérile de carrière de classe GTR B5 (selon la norme NF Pl1-300) On a travaillé sur un sol de référence très humide (teneur en eau initiale de 13%, soit un "indice portant immédiat" (IPI) de 4, dans lequel on a incorporé 0, 0.5 ou 1% de chaux, ainsi que 0, 0.5 et 1% de paille. Les résultats obtenus montrent qu'en incorporant 0.5% de chaux ou de paille, l'état du sol devient "humide" (IPI de 6). Par ailleurs, on montre que l'incorporation de 0.5% de chaux et de 0.5% de paille donne un IPI de 8, soit une portance encore meilleure. Un état moyennement humide peut même être atteint avec 1% de chaux et 1% de paille. Cela démontre donc l'intérêt de l'incorporation de fibres pour 20 améliorer la portance de matériaux initialement très humides. Par ailleurs, des résultats de résistance en compression ont été réalisés et montrent qu'elle peut être augmentée de plus de 20% avec seulement 0.05% de fibres. Des mesures de modules en traction et de résistance en 25 traction diamétrale ont été réalisées sur des échantillons cylindriques à base de ciment et d'une quantité croissante de fibres. Les résultats obtenus montrent que l'on diminue le module par l'ajout de paille, et qu'on maintient la résistance en traction. Ceci permet alors de gagner une classe mécanique 30 (conformément aux Guide de Traitement des Sols, 2000). Il est donc envisageable de réduire l'épaisseur de la couche dans laquelle les fibres sont incorporées, comparativement aux couches de l'art antérieur. En matière d'effet anti-fissuration, des essais comparatifs en vraie grandeur, sur une planche de sable traité avec un liant hydraulique (3 35 mètres de large, 10cm de hauteur et 30 mètres de long) ont été réalisés sans paille et avec 0.5% de paille. Après un mois à l'air libre, la planche sans paille présentait des fissures transversales. Celle traitée avec de la paille ne s'est vue affectée d'aucune fissure. Sur le plan environnemental, le présent procédé apporte des 5 avantages notables. Du fait de la réduction possible de l'épaisseur de la couche dans laquelle les fibres sont incorporées, le présent demandeur estime qu'il est possible de réaliser une économie de 7% sur le coût d'un chantier de terrassement. 10 Ceci a aussi un impact notable en matière de réduction de gaz à effet de serre, notamment du fait de la réduction possible du dosage de liant, et de la réduction du trafic des engins utilisés. Le présent procédé trouve tout particulièrement une application dans : 15 - la réalisation de corps de remblais en sols traités à la chaux, afin de réduire cette quantité de chaux ; - le traitement des parties supérieures de terrassement, pour réduire les dosages en chaux et/ou liants hydrauliques ; - les couches de forme en sols traités, afin d'en améliorer les 20 performances et de réduire les quantités de liants hydrauliques. REVENDICATIONS1. Procédé d'élaboration d'une couche (C) de matériaux compactés, constitutive d'une voie de circulation ou d'une plateforme industrielle, comprenant un mélange d'au moins un liant hydraulique ou à base de pouzzolane, avec un sable ou une grave ou un sol ou une combinaison d'au moins deux de ceux-ci, caractérisé par le fait qu'il comporte une étape qui consiste à incorporer dans ledit mélange des fibres végétales (P), avant de le compacter. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on fait usage d'un mélange qui est dépourvu de liant bitumineux. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que lesdites fibres (P) se présentent au moins en partie, sous la forme de brins de paille. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que lesdites fibres (P) présentent une longueur supérieure à un 15 centimètre et préférentiellement inférieure à 15 centimètres. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on introduit, dans ledit mélange, une quantité de fibres végétales (P), exprimée en masse, comprise entre environ 0.02 et environ 10/0 de la masse totale des autres constituants dudit mélange. 20 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite étape qui consiste à incorporer dans ledit mélange des fibres végétales (P) est mise en oeuvre dans un dispositif de malaxage, le produit issu de ce malaxage étant ensuite épandu sur le site d'élaboration de ladite couche (C). 25 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il est mis en oeuvre in situ, par épandage desdites fibres (P) sur la surface de ladite couche (C) déjà en place, puis malaxage desdites fibres (P) et des matériaux de ladite couche (C). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que 30 l'on utilise, pour ledit épandage, un dispositif à éléments d'épandage rotatifs (5). 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par le fait que l'on utilise, pour ledit malaxage, un dispositif à fraise rotative (6). 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on incorpore dans ledit mélange des fibres végétales (P), à l'exclusion de tout autre type de fibres. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisé par le fait que ladite couche (C) est une couche de remblais, de surface, d'assise ou de forme.