Brevet FR3001744A1 — publié le 20140808

PROCEDE DE PROTECTION D'UN BATEVIENT DES ONDES SISMIQUES PAR UTILISATION DE POLY1VIERES SUPERABSORBANTS Les bâtiments construits dans les zones sismiques sont soumis à des réglementations de plus en plus sévères. Ces réglementations portent sur la structure elle-même des bâtiments, mais également sur les systèmes mécaniques de compensation de mouvements et de construction sur semelles élastiques permettant de désolidariser le bâtiment des mouvements du sol. Récemment, des études ont été effectuées pour dévier les ondes sismiques au moyen de trous isolants creusés autour du bâtiment sensible. Ces trous de grandes dimensions (diamètre de 3 mètres et hauteur de 5 mètres) ont la propriété de dévier les ondes provenant de l'épicentre qui n'atteignent alors pas le bâtiment à protéger. La demande de brevet FR 2 964 580 décrit cette technique. Un tel dispositif pour protéger un bâtiment sur les quatre côtés nécessite une surface importante autour du bâtiment et la déviation des ondes peut augmenter les amplitudes reçues par les bâtiments voisins. Le problème posé est donc de mettre au point un procédé permettant de protéger un bâtiment ou un ouvrage des ondes sismiques horizontales. Pour ce faire, le Demandeur a mis au point un procédé consistant à créer autour d'un bâtiment, une zone élastique à base de gel permettant d'absorber les ondes sismiques susceptibles d'impacter les murs verticaux des fondations. En d'autres termes, l'invention a pour objet un procédé de protection d'un bâtiment ou d'un ouvrage des ondes sismiques horizontales consistant : A former au moins une tranchée autour dudit bâtiment ou ouvrage, A remplir la tranchée d'au moins un polymère préalablement gélifié, ou d'au moins un polymère et/ou d'un mélange de monomères polymérisables susceptibles de gélifier dans la tranchée. Selon l'invention, on forme la tranchée contre les fondations. Selon une autre alternative, on forme la tranchée à distance du bâtiment ou de l'ouvrage. Dans tous les cas, le polymère gélifié ou susceptible de l'être est un polymère naturel ou synthétique hydrophile absorbant de grandes quantités d'eau, désigné superabsorbant ou polymères SAP. Lorsque le polymère est préalablement gélifié, le gel est préparé avant le remplissage de la tranchée, en mélangeant au moins un polymère SAP avec de l'eau. On remplit ensuite la tranchée avec le polymère partiellement ou totalement gonflé. Dans un autre mode de réalisation, les gels sont formés in situ dans la tranchée. Dans ce cas, on remplit la tranchée d'au moins un polymère et/ou de monomères réticulables et susceptibles de gélifier in situ. Pour ce faire : Soit on remplit la tranchée d'un polymère hydrophile non réticulé préalablement mis en solution dans l'eau auquel on ajoute un réticulant. Dans ce cas le polymère gélifie dans la tranchée. Soit on remplit la tranchée d'un mélange de monomères hydrophiles préalablement mis en solution dans l'eau auquel on ajoute un réticulant et un catalyseur. Dans ce cas, les monomères polymérisent puis réticulent pour donner des polymères qui gonflent au contact de l'eau. Selon l'invention, les polymères SAP sont obtenus par exemple à partir des monomères non ioniques, anioniques et/ou cationiques. D'une manière générale et préférée, les polymères SAP utilisés dans l'invention sont réticulés et dérivent de la polymérisation des monomères hydrosolubles suivants, sans limitation technique : - Les monomères anioniques. Ils sont avantageusement choisis dans le groupe comprenant les monomères possédant une fonction carboxylique comme l'acide acrylique, acide methacrylique, et leurs sels, les monomères possédant une fonction acide sulfonique comme l'acide 2-acrylamido- 2-méthylpropane sulfonique (ATBS) et leurs sels. - Les monomères non ioniques. Ils sont avantageusement choisis dans le groupe comprenant l'acrylamide, les dérivés de l'acrylamide comme les N-alkylacrylamide ainsi que les N,N-dialkylacrylamides. Egalement peuvent être utilisés la vinylformamide, la N-vinylpyridine, la N- vinylpyrrolidone, les hydroxyalkyl acrylates et méthacrylates, les (méth) acrylates portant des chaînes du type alkoxy et l'ACMO (Acryloyl morpholine ). - Les monomères cationiques. Ils sont de préférence choisis dans le groupe comprenant les sels de diallyldialkyl ammonium comme le chlorure de diallyl dimethyl ammonium (DADMAC) et encore les acrylates et methacrylates de dialkylaminoalkyle, en particulier l'acrylate de dialkylaminoéthyle (ADAME) et le méthacrylate de dialkylaminoéthyle (MADAME), ainsi que leurs formes acidifiés ou quaternisés. Dans un mode de réalisation préféré, les polymères sont des copolymères réticulés d'acrylamide et d'acide acrylique partiellement ou totalement salifiée et de préférence contiennent entre 40 et 90 mol% d'acrylamide et entre 10 et 60 mol% d'acide acrylique partiellement ou totalement salifié. La substitution d'une partie de l'acrylamide par de l'acide acrylique neutralisé permet d'augmenter l'efficacité gonflante des polymères SAP pour par exemple diminuer la quantité de polymère nécessaire. Les polymères SAP peuvent également être associatifs, i.e. contenir en plus des unités monomériques hydrophiles, des unités monomériques partiellement ou totalement hydrophobes. Les polymères SAP sont ainsi réticulés et associatifs. Dans le cas où le polymère SAP est réticulé et contient des unités monomériques partiellement ou totalement hydrophobe, le gel aura tendance à être plus dur. Les monomères hydrophiles à caractère hydrophobe sont par exemple des alkyl (meth)acrylates ethoxylés ou des alkyl (meth)acrylamide ethoxylés. Les catalyseurs sont par exemple des couples oxydant réducteur comme l'hydropéroxyde de cumène et le métabisulfite, des composés azoïques tels que le 2,2'-azobis(isobutyronitrile). Les polymères sont réticulés, soit à la polymérisation par des agents réticulants sous la forme de monomères polyfonctionnels (Méthylène bis acrylamine, triallylamine salifie ou quaternisé, ...), soit par post traitement sur le polymère, par exemple par ajout de réticulants comme le citrate d'aluminimum, le lactate de zirconium ou des titanates. Ces gels peuvent également être obtenus à partir des polymères naturels réticulés comme des gommes guar réticulées par des borates ou des sels de zirconium. Ces produits sont plus sensibles à la biodégradation et doivent être protégés par des quantités importantes de bactéricides. D'une manière générale tous les polymères utilisés pour l'invention peuvent être protégés par des bactéricides. En pratique, on ajoute un agent bactéricide au gel ou au polymère et/ou aux monomères réticulables. Dans la tranchée, les polymères SAP sont préférentiellement totalement gonflés. Les tranchées peuvent êtres creusées directement contre les fondations ou à une certaine distance du bâtiment comprise entre 1 et 50 m, préférentiellement entre 2 et 10 m. Généralement on creuse une tranchée continue tout autour du bâtiment, c'est-à-dire sur toute la périphérie du bâtiment. On parle de tranchée périphérique. Dans le cas où le procédé selon l'invention est mis en oeuvre lorsque le bâtiment est en cours de construction, on réalise les tranchées en construisant deux murs parallèles aux fondations à une distance de 0.2 à 1 mètre des fondations. Dans le cas où le procédé selon l'invention est mis en oeuvre pour protéger un bâtiment déjà existant, on réalise les tranchées à l'aide de trancheuses. Ces trancheuses sont de plusieurs types : Les trancheuses à roues qui permettent des profondeurs maximum de lm 20/ lm 50 avec un passage très étroit : 10 à 20 cm. Les trancheuses à chaine pouvant aller à 8 mètres de profondeur sur des terrains meubles. La largeur de la tranchée est dictée par la rigidité du bras et se situe à un minimum de 20 à 40 cm, certaines trancheuses allant jusqu'à 1 mètre et plus. Les trancheuses sont de constructions et de puissances très différentes de 50 à 1 500 CV suivant le type de sol (terre, terre caillouteuse, calcaire, rocher, ...), la profondeur et la largeur de la tranchée. Elles sont souvent utilisées en agriculture pour enterrer les tuyaux d'irrigations. En pratique, la largeur de la tranchée est comprise entre 20 à 100 cm, de préférence entre 30 et 60 cm. La profondeur de la tranchée est comprise entre 1 et 10 mètres, préférentiellement entre 3 et 6 mètres. Elles pourront être déterminées par des essais spécifiques. Dans un mode de réalisation perfectionné, on coule des murs de béton tout au long des parois de la tranchée dans le sens de la longueur si la rigidité des parois est suffisante. Afin d'augmenter la protection sismique du bâtiment à protéger, il est également possible de réaliser au moins une deuxième série de tranchées périphériques au bâtiment et de les remplir également de gel absorbant. Pour des raisons pratiques, les tranchées remplies de gel sont recouvertes, par exemple de plaques métalliques ou en béton permettant ainsi la libre circulation des personnes et des véhicules autour du bâtiment. Le gel peut, en cas de besoin, être enlevé par succion au moyen d'un camion ou remis à niveau par une nouvelle injection de gel. La mise en place du gel peut se faire suivant plusieurs méthodes que l'on résumera dans les exemples suivants et les figures annexées permettront d'illustrer l'invention et les avantages qui en découlent. La figure 1 représente le premier mode de réalisation de l'invention dans lequel la zone élastique est positionnée contre les fondations du bâtiment. La figure 2 représente le deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel la zone élastique est positionnée à quelques mètres des fondations du bâtiment. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un bâtiment (1) construit sur une semelle élastique (2) coulée à distance de la surface du sol (3). Selon l'invention, on creuse une tranchée périphérique au bâtiment (4) situées contre les fondations du bâtiment dans lesquelles on coule du polymère gélifié ou susceptible de l'être (5). Le bâtiment est alors protégé des ondes sismiques horizontales (6). Dans le mode de réalisation de la figure 2, on creuse les tranchées à distance du bâtiment. Exemple 1 : Mise en place d'un polymère superabsorbant Un polymère superabsorbant, en l'espèce un terpolymère acrylamide-acrylate de sodiumATBS Na (70/-25/5),de granulométrie inférieur à 5 mm, est gonflé avec de l'eau dans une cuve de dissolution à environ 150 à 200 fois son volume. Il est ensuite transporté par camion jusqu'au lieu d'utilisation où il sera pompé pour remplir des tranchées de 4 m de profondeur et de 40 cm de largeur autour d'un bâtiment sensible (figure 1 ou 2). Exemple 2 : Préparation et utilisation d'un gel obtenu à partir d'un mélange de 2 solutions On prépare deux solutions : La première A contient : o Eau 200 kg o Acrylamide à 50% 9 600 kg o Méthylène Bis Acrylamide (MBA) 300 kg o Triethanolamine 300 kg - La seconde B contient : o Eau 9 900 kg o Persulfate de sodium 297 kg Ces deux solutions sont pompées et mélangées puis le mélange est injecté dans la tranchée dans laquelle a lieu la polymérisation pour former un gel rigide absorbant les vibrations. (figure 1 ou 2) Exemple 3: On transporte en camion-citerne un mélange acrylamide/acrylate de sodium (70-30 % molaire) en solution à 50% et contenant 3% de triethanolamine et 3% de MBA. Sur le lieu d'utilisation, ce mélange est additionné d'une solution de 300 kg de persulfate de sodium mis en solution dans 990 kg d'eau. Cela permet la polymérisation en place avec un gel de bonne consistance. Un biocide, le Protectol HT (triazine) est additionné en faible quantité (0.01% en poids) pour la stabilité du produit. Une tranchée faite à 10 mètres du bâtiment de dimension 5 mètres de profondeur et de largeur 50 cm, est remplie du gel préparé. Le bâtiment est désolidarisé par le sol inférieur par une semelle élastique, habituellement en caoutchouc, et par les parois latérales par une tranchée contenant du gel. Il a des performances sismiques exceptionnelles. L'utilisation ou la production de gels superabsorbants peut être modifiée par l'homme de l'art pour s'adapter aux conditions locales.