Titre de l'invention : Procédé de fabrication d’un élément comprenant en cycle d’activation d’un coulis

Domaine technique

[0001] La présente invention porte sur le domaine de la fabrication in situ d’éléments dans un sol, par exemple des écrans de soutènement provisoires ou des écrans d’étanchéité.

[0002] L’invention porte notamment sur la fabrication de parois au coulis dans un sol à une grande profondeur.

Technique antérieure

[0003] On connaît un procédé de formation d’une paroi au coulis dans un sol dans lequel l’excavation destinée à recevoir la paroi est forée tout en injectant un coulis de ciment dans l’excavation. Lors du forage, le coulis de ciment joue le rôle d’un fluide de forage et permet notamment d’exercer une pression hydrostatique sur les parois de l’excavation afin d’éviter qu’elles ne s’effondrent. Le coulis de ciment durcit ensuite dans l’excavation pour former la paroi.

[0004] Un inconvénient de ce procédé est que le temps de durcissement du coulis de ciment est difficile à maîtriser et est parfois insuffisant pour permettre la réalisation d’excavations profondes ou de plusieurs excavations successives. Aussi, il existe un risque important que l’outil d’excavation reste piégé dans le coulis durcit, auquel cas il est nécessaire de détruire la paroi fabriquée où d’abandonner l’outil de coupe dans l’excavation. En conséquence, pour la mise en œuvre de ce procédé, les pelles et bennes, pourtant moins efficaces, sont privilégiées aux hydro-fraises dont le coût est nettement supérieur et dont l’abandon serait davantage préjudiciable.

[0005] On connaît par ailleurs un procédé de fabrication d’un élément dans lequel l’excavation est réalisée tout en injectant un fluide de forage inerte. On substitue ensuite le fluide de forage par un coulis de ciment préparé hors-sol. Ceci permet d’éviter la prise du coulis lors du forage et permet donc de s’affranchir du risque de blocage de l’outil d’excavation dans le coulis durcit.

[0006] Un inconvénient de ce procédé est que le contraste de densité entre le fluide de forage et le coulis de ciment est faible. Lors de la substitution, une partie du fluide de forage se mélange au coulis de ciment de manière inhomogène et non maîtrisée. Ceci a pour conséquence de détériorer les propriétés physiques de l’élément formé par dur cissement de ce mélange inhomogène. Ce dernier s’avère notamment moins résistant.

[0007] Il est également connu de réaliser une excavation tout en injectant un fluide de forage puis d’introduire dans l’excavation un coulis de ciment fortement dosé, et de mélanger in situ le fluide de forage et le coulis de ciment fortement dosé, afin de former un élément dans le sol.

[0008] Là-encore, le mélange obtenu dans l’excavation n’est pas homogène sur l’ensemble de l’excavation, de sorte que l’élément obtenu peut être fragilisé par endroits. En outre, ce procédé implique la mise en place coûteuse d’installations de fabrication de coulis fortement dosé. De plus, ce procédé impose de prévoir l’évacuation d’un volume de fluide de forage équivalent au volume de coulis de ciment fortement dosé introduit dans l’excavation, ce qui impose d’importantes contraintes logistiques.

Exposé de l'invention

[0009] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d’un élément dans un sol remédiant aux problèmes précités.

[0010] Pour ce faire, l’invention porte sur un procédé de fabrication d’un élément dans un sol, le procédé comportant :

- une étape de forage au cours de laquelle on fore une excavation dans le sol à l’aide d’un outil de forage, tout en introduisant dans ladite excavation un coulis comprenant une première composition;

- après l’étape de forage, on réalise au moins un cycle d’activation du coulis au cours duquel : on pompe au moins une partie du coulis; on ajoute dans le coulis pompé une deuxième composition configurée pour activer le coulis en réagissant avec la première composition afin d’initier le durcissement dudit coulis ; puis on introduit le coulis activé dans G excavation ;

- après ledit au moins un cycle d’activation du coulis , on laisse durcir le coulis activé contenu dans l’excavation afin de former G élément dans le sol.

[0011] Le procédé selon l’invention est particulièrement adapté pour la fabrication in situ de parois au coulis, par exemple des écrans de soutènement provisoires ou des écrans d’étanchéité. Le procédé permet la fabrication d’éléments dans un sol à grande profondeur, par exemple à plusieurs dizaines de mètres de profondeur.

[0012] De manière non limitative, l’élément à fabriquer peut également être une paroi pré fabriquée, une paroi armée munie d’un élément de rigidification de type profilé, une paroi étanche munie d’une membrane en Polyéthylène Haute Densité (PEHD) ou une barrière perméable réactive.

[0013] La géométrie de G excavation dépend de l’outil de forage utilisé. Il peut s’agir d’une tranchée ou d’un forage longiligne, selon la forme de l’élément à fabriquer. De manière non limitative, l’outil de forage peut être une pelle, une benne ou encore une hydro-fraise.

[0014] Lors du forage de l’excavation, le coulis comprenant la première composition introduit dans l’excavation joue le rôle d’un fluide de forage. Ce coulis exerce une pression hydrostatique sur les parois de l’excavation permettant de les maintenir et d’éviter qu’elles ne s’effondrent. Il permet également de lubrifier et refroidir l’outil de coupe et de faire remonter à la surface de l’excavation les déblais de forage.

[0015] De préférence, au cours dudit au moins un cycle d’activation, on pompe au moins une partie du coulis hors de l’excavation. Une partie du coulis est donc extraite de l’excavation.

[0016] Le coulis comprenant la première composition est un coulis inerte et non-activé. Ce coulis comprend un liant inactif. Le durcissement du coulis n’intervient qu’ après injection de la deuxième composition. Aussi, lors du forage, le durcissement du coulis, tel que défini ci-dessous, n’a pas débuté et ledit coulis est maintenu sous forme liquide. Le procédé selon l’invention permet donc de s’affranchir du risque de piéger l’outil de forage dans le coulis durci et donc de devoir détruire l’élément formé ou abandonner l’outil de forage. Grâce au procédé selon l’invention, il peut donc être envisagé d’utiliser des outils performants et coûteux, telle qu’une hydro-fraise, sans craindre de les abîmer ou de devoir les abandonner dans l’excavation.

[0017] En outre, le cycle d’activation peut être réalisé ultérieurement et en particulier bien plus tard, par exemple plusieurs jours, après l’étape de forage.

[0018] Le coulis comprenant la première composition est de préférence dépourvu de ciment et notamment de ciment Portland et présente par conséquent une empreinte carbone réduite.

[0019] Par coulis activé on entend un coulis dont le durcissement est initié. Par durcissement on entend une modification, générée volontairement, des propriétés mécaniques du coulis en vue d’atteindre un état solide permettant la formation d’un élément ayant des propriétés satisfaisantes, notamment en termes de résistance, dans un délai géné ralement inférieur à 15 jours.

[0020] Un tel durcissement se distingue d’une éventuelle rigidification naturelle et non dé clenchée d’un coulis non-activé et non mélangé, pouvant intervenir après délai important, généralement supérieur à 30 jours.

[0021] Le coulis activé résulte de la mise en contact de la première composition présente dans le coulis introduit initialement lors du forage avec la deuxième composition. Le coulis activé forme un liant. La première composition du coulis introduit lors du forage comprend avantageusement au moins un composant précurseur. De préférence, le coulis comprend en outre de l’eau, à raison de 75% à 97% du volume du coulis activé (m ³ ) ou à raison de 49.6% à 90% de la masse d’une tonne de coulis.

[0022] La deuxième composition forme une composition d’activation. Elle comprend avan tageusement au moins un composant activateur configuré pour réagir avec le composant précurseur de la première composition du coulis. La deuxième composition est avantageusement sous forme liquide et peut être stockée en surface, par exemple dans un réservoir. De manière non limitative, la deuxième composition peut être sous forme de poudre.

[0023] De préférence, après l'étape de forage et avant de réaliser ledit au moins un cycle d’activation, on retire l’outil de forage de l'excavation.

[0024] Encore de préférence, le sol excavé est extrait de l’excavation avant de réaliser ledit au moins un cycle d’activation, de sorte que le procédé ne met pas en œuvre de technique de mélange du sol en place avec un liant, également appelée technique de soil-mixing.

[0025] Ledit au moins un cycle d’activation du coulis est de préférence poursuivit jusqu’à ce qu’une quantité jugée satisfaisante de coulis ait été activée.

[0026] De manière non limitative, seule une partie du coulis introduit lors du forage est pompée et activée lors dudit au moins un cycle d’activation. En variante, le cycle d’activation du coulis peut être interrompu lorsque l’ensemble du coulis introduit lors du forage a été pompé, activé puis introduit dans G excavation.

[0027] L’activation est avantageusement poursuivie jusqu’à ce que le mélange dans l’excavation soit jugé homogène, et donc lorsque sensiblement tout le coulis a été activé. Un intérêt est de permettre la formation d’un élément plus résistant que les éléments formés selon les procédés de l’art antérieur, qui sont basés sur des estimations de volumes et dans lesquels le mélange obtenu dans l’excavation n’est pas homogène sur l’ensemble de l’excavation.

[0028] Toujours de manière non limitative, le cycle d’activation du coulis peut être poursuivit après que l’ensemble du coulis introduit initialement lors du forage a été pompé, activé puis introduit dans l’excavation. Dans ce cas, on pompe du coulis déjà activé et la deuxième composition est ajoutée dans ledit coulis déjà activé et pompé.

Un intérêt est d’augmenter la concentration en deuxième composition dans le coulis activé, afin de modifier les propriétés physiques de l’élément fabriqué, par exemple pour augmenter sa résistance. Le pompage du coulis est de préférence réalisé en continu.

[0029] De manière non limitative, le durcissement du coulis activé peut être rapide, de l’ordre de quelques heures, par exemple entre 10 heures et 24 heures, ou lent, de l’ordre de plusieurs jours, par exemple entre 3 et 7 jours.

[0030] Lors du cycle d’activation, on traite au moins partiellement le coulis non- activé de manière à l’activer. De préférence, tout le coulis non- activé introduit initialement dans l’excavation lors du forage est activé, de sorte que l’excavation ne contient alors que du coulis activé, sur toute sa profondeur.

[0031] De manière non limitative, plusieurs cycles d’activation successifs peuvent être réalisés, afin d’adapter les propriétés physiques du coulis activé final et de l’élément fabriqué.

[0032] Grâce au procédé selon l’invention, la quantité de deuxième composition ajoutée dans le coulis pompé et notamment la quantité de deuxième composition ajoutée pour une quantité donnée de coulis pompé est connue avec précision. La concentration massique de la deuxième composition dans le coulis activé est contrôlée. Selon l’invention, la deuxième composition est introduite progressivement et de manière homogène dans le coulis pompé et l’activation du coulis est maîtrisée.

[0033] Par ailleurs, l’activation du coulis ne modifie pas, ou très légèrement la densité dudit coulis. Par conséquent, grâce au procédé selon l’invention, le mélange du coulis activé et du coulis non- activé obtenu dans l’excavation, après introduction du coulis activé, est homogène. Ceci permet par conséquent de s’affranchir des problèmes d’ inhomogénéité des procédés de l’art antérieurs, dans lesquels des matériaux de dif férentes natures sont mélangés de manière inhomogène dans l’excavation.

[0034] Contrairement aux procédés selon l’art antérieur qui prévoient de substituer le fluide de forage par un coulis de ciment préparé hors-sol, le coulis utilisé dans le procédé selon l’invention lors du forage, en tant que fluide de forage, intervient dans la com position finale de l’élément fabriqué. Un intérêt est de réduire la quantité de matériaux utilisés pour le forage et la fabrication de l’élément, et d’éviter de devoir évacuer le fluide de forage. Les coûts associés à la mise en œuvre du procédé selon l’invention sont donc réduits.

[0035] Grâce au procédé selon l’invention, sont essentiellement présents dans l’excavation le coulis activé et éventuellement une portion de coulis non-activé, formant un mélange particulièrement homogène au sein de l’excavation. Ce mélange est sen siblement plus homogène que les mélanges obtenus selon les procédés de l’art antérieur, où le fluide de forage est remplacé par un coulis de ciment ou mélangé à un coulis de ciment fortement dosé de manière grossière. L’élément formé grâce au procédé selon G invention est donc d’autant plus solide et résistant sur toute sa longueur et sur tout son volume.

[0036] En outre, le procédé selon G invention permet de s’affranchir de l’introduction de ciment fortement dosé dans G excavation, réduisant ainsi les coûts de fabrication de l’élément.

[0037] De préférence, le procédé comprend en outre une étape de contrôle dans laquelle on mesure au moins un paramètre physico-chimique du coulis pompé et on stoppe ledit au moins un cycle d’activation lorsque la valeur dudit au moins un paramètre physico chimique devient supérieure à un seuil haut prédéterminé ou inférieure à un seuil bas prédéterminé. Un intérêt est de maîtriser précisément l’activation du coulis et de contrôler l’homogénéité du mélange obtenu dans l’excavation, grâce à quoi l’élément formé présente des propriétés similaires et choisies sur F ensemble de son volume. [0038] Ledit au moins un paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé est un in dicateur de l’activation du coulis et évolue lors de l’ajout de la deuxième composition dans le coulis pompé. L’activation du coulis est donc monitorée.

[0039] Lesdits seuils haut ou bas sont avantageusement, mais de manière non limitative, pré déterminés de manière empirique et dépendent avantageusement de la nature du sol dans lequel est réalisée l’excavation, de la nature de la première et de la deuxième composition ou encore des propriétés physiques souhaitées pour l’élément à fabriquer. Lesdits seuils haut ou bas peuvent être déterminés sur le chantier, avant de débuter l’étape de forage. En variante, les seuils haut et/ou bas peuvent être prédéterminés lors d’une étude préalable menée en laboratoire.

[0040] En particulier, les seuils haut et/ou bas correspondent de préférence à une valeur dudit au moins un paramètre physico-chimique traduisant une activation satisfaisante du coulis.

[0041] De préférence, lorsque lesdits seuils haut ou bas sont atteints par ledit au moins un paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis en amont de la zone d’ajout de la deuxième composition, le mélange dans l’excavation est considéré comme homogène et le critère d’activation est considéré atteint.

[0042] Avantageusement, et de manière non limitative, on mesure plusieurs paramètres physico-chimiques distincts du coulis pompé et on stoppe ledit au moins un cycle d’activation lorsque la valeur de chacun desdits paramètres physico-chimiques devient supérieure à un seuil haut prédéterminé ou inférieure à un seuil bas prédéterminé, associé à ce paramètre physico-chimique. En variante, le cycle d’activation peut être stoppé lorsqu’un seul des paramètres physico-chimiques atteint le seuil haut ou bas qui lui est associé.

[0043] Sans sortir du cadre de l’invention, ledit au moins un paramètre physico-chimique peut être mesuré sur le coulis pompé dans l’excavation, par exemple, au niveau d’une buse d’aspiration d’une pompe destinée à pomper le coulis, disposée dans l’excavation. En variante, ledit au moins un paramètre physico-chimique peut être mesuré sur le coulis pompé, hors de l’excavation.

[0044] De préférence, le seuil haut prédéterminé, respectivement le seuil bas prédéterminé, est déterminé à partir dudit au moins un paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé. Ledit paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé est utilisé comme référence traduisant l’activation du coulis. Un intérêt est que le seuil haut ou bas est ajusté en fonction des propriétés du coulis activé et est particulièrement adapté aux conditions de mise en œuvre du procédé, par exemple à la nature du sol ou du coulis. La maîtrise de G activation du coulis et l’homogénéité du coulis présent dans l’excavation suite au cycle d’activation sont encore améliorées.

[0045] Dans ce mode de réalisation non limitatif, le paramètre physico-chimique est mesuré sur le coulis pompé et sur le coulis activé. On comprend que les seuils haut ou bas peuvent évoluer en fonction de la valeur dudit paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé.

[0046] Encore de préférence, le seuil haut prédéterminé, respectivement le seuil bas pré déterminé, est choisi sensiblement égal à la valeur dudit au moins un paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé.

[0047] La valeur dudit paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé est alors di rectement comparée à la valeur dudit paramètre physico-chimique mesurée sur le coulis activé.

[0048] Ledit paramètre physico-chimique est de préférence mesuré sur le coulis activé avant son introduction dans l’excavation et encore de préférence immédiatement en aval de l’ajout de la deuxième composition dans le coulis pompé, éventuellement après une étape optionnelle de mélange du coulis pompé avec la deuxième composition.

[0049] Lorsque la valeur du paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé atteint ledit seuil haut ou bas, déterminé à partir dudit au moins un paramètre physico chimique mesuré pour le coulis activé, il peut être considéré que G ensemble du coulis introduit initialement dans l’excavation lors du forage a été activé.

[0050] De manière avantageuse, ledit au moins un paramètre physico-chimique est choisi parmi la conductivité, le pH, la viscosité, la température ou la concentration en ion spécifique du coulis pompé. Un tel paramètre physico-chimique varie lors de la réaction de la première composition du coulis avec la deuxième composition, et donc lors de l’activation du coulis. En d’autres mots, la valeur de ces paramètres physico chimiques est indicatrice de l’activation ou non du coulis. A titre d’exemple, la conductivité du coulis est amenée à augmenter lors de l’ajout de la deuxième com position. Par ion spécifique on entend un ion sélectionné et pouvant être utilisé comme indicateur. Il s’agit d’un ion dont la concentration peut être mesurée et dont la concentration augmente ou diminue signifie ativement lors de l’activation du coulis. Il peut par exemple s’agir d’un ion chlorure, sulfate ou encore calcium.

[0051] De préférence, le paramètre physico-chimique du coulis pompé est mesuré en surface, hors de l’excavation. Un intérêt est de réaliser la mesure du paramètre physico-chimique immédiatement en amont de l’ajout de la deuxième composition dans le coulis pompé, afin de doser d’autant plus précisément la deuxième composition à ajouter. La mesure est en outre facilitée.

[0052] Préférentiellement, le dosage de la deuxième composition ajoutée dans le coulis pompé est ajusté au cours dudit au moins un cycle d’activation du coulis, en fonction dudit paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé. En particulier, la quantité de deuxième composition ajoutée dans le coulis pompé peut être réduite lorsque la valeur dudit paramètre physique-chimique mesuré sur le coulis pompé approche du seuil haut ou bas prédéterminé. En outre, le dosage en deuxième com position ajoutée dans le coulis pompé peut être augmenté si l’évolution dans le temps du paramètre physico-chimique mesuré sur le coulis pompé n’est pas suffisante.

[0053] Avantageusement, ledit au moins un cycle d’activation du coulis comprend, après avoir ajouté la deuxième composition dans le coulis pompé, une étape de mélange dans laquelle on mélange le coulis pompé avec la deuxième composition ajoutée, à l’aide d’un outil mélangeur. Un intérêt est d’améliorer l’homogénéité du coulis activé, formé par mélange du coulis pompé et de la deuxième composition, afin d’améliorer les propriétés mécaniques de l’élément fabriqué.

[0054] De préférence, mais de manière non limitative, l’étape de mélange est réalisée en ligne. L’outil mélangeur peut comprendre un agitateur statique ou un élément mobile, afin de faciliter le mélange du coulis activé, notamment lorsque la viscosité de ce dernier est importante.

[0055] De manière avantageuse, le mélange du coulis pompé avec la deuxième composition est réalisé hors- sol et/ou dans l’excavation. Le mélange peut être réalisé exclusivement hors- sol, exclusivement dans G excavation ou conjointement hors- sol et dans l’excavation.

[0056] Lorsqu’au moins un paramètre physico-chimique est mesuré sur le coulis activé, ledit au moins un paramètre physico-chimique est de préférence mesuré en aval dudit mélange. On comprend que lorsque le mélange du coulis pompé avec la deuxième composition est réalisé hors- sol, ladite mesure peut également être réalisée hors- sol.

[0057] De préférence, le pompage du coulis est réalisé depuis une partie inférieure de l’excavation, de préférence à proximité du fond de l’excavation, grâce à quoi tout le coulis non-activé, introduit initialement dans l’excavation lors du forage, peut être pompé. Le niveau dudit coulis-non activé dans l’excavation diminue progressivement au cours du cycle d’activation.

[0058] Le pompage est avantageusement réalisé au moyen d’une pompe présentant une buse d’aspiration disposée dans le fond de l’excavation. Un conduit d’aspiration s’étend alors entre la buse d’aspiration et la surface.

[0059] Préférentiellement, le coulis activé est introduit dans l’excavation en une partie su périeure de ladite excavation. Un intérêt est de limiter le mélange entre le coulis non- activé, initialement introduit dans l’excavation lors du forage, et le coulis activé introduit dans G excavation durant le cycle d’activation. Il est précisé qu’un éventuel mélange entre le coulis activé et le coulis non activé au sein de l’excavation ne compromet pas l’efficacité du procédé selon l’invention, dans lequel le cycle d’activation est avantageusement poursuivi jusqu’à activation du coulis initialement présent dans l’excavation.

[0060] Au cours du cycle d’activation, le coulis activé est introduit dans l’excavation de manière à la remplir progressivement, en remplacement du coulis non- activé introduit initialement lors du forage. Le coulis activé va remplir progressivement le volume de l’excavation en partant du haut de l’excavation vers le bas de l’excavation, à mesure que le coulis initialement introduit lors du forage est pompé. Aussi, lorsque du coulis activé est pompé, il peut être déduit que sensiblement tout le coulis introduit ini tialement lors du forage a été activé.

[0061] En variante, et de manière non limitative, le coulis activé peut être introduit en une partie inférieure de l’excavation tandis que le pompage du coulis est réalisé depuis une partie supérieure de l’excavation.

[0062] Avantageusement, la première composition du coulis comprend au moins un composant d’ alumino silicate non- activé ou un composé de silicate et d’aluminate.

[0063] On comprend par composant d’aluminosilicate, tout matériau constitué de silicates comprenant de l’aluminium (Al) sous forme d’oxydes.

[0064] En variante, et de manière non limitative, la première composition peut comprendre un mélange de plusieurs composants, ledit mélange étant source d’ aluminosilicate. On comprend par « un mélange de plusieurs composants, ledit mélange étant source d’ aluminosilicate », tout mélange apportant de la silice et de l’oxyde d’aluminium.

[0065] De préférence, ledit au moins un composant d’ aluminosilicate non-activé est choisi parmi : un laitier de haut fourneau, des cendres volantes, une argile calcinée par exemple de type métakaolin ou kaolin, une argile de type bentonite, kaolinite, smectite, illite, attapulgite, sepiolite ou un mélange de ces derniers. Ces composants sont des précurseurs aptes à réagir avec des composants activateurs de la deuxième composition pour activer le coulis pompé.

[0066] De préférence, ledit au moins un composant d’ aluminosilicate non-activé comprend un mélange de laitier de haut fourneau et de bentonite.

[0067] En variante, et de manière non limitative, la première composition peut comprendre un filler calcaire (carbonate de calcium et/ou magnésium) et/ou un filler siliceux.

[0068] De manière avantageuse, la deuxième composition comprend une préparation alcaline, par exemple une poudre alcaline ou une solution alcaline. Ladite préparation alcaline réagit avec la première composition, et de préférence avec ledit au moins un composant d’ aluminosilicate de la première composition, de manière à activer le coulis pompé.

[0069] De préférence, la préparation alcaline est une poudre alcaline ou une solution alcaline (liquide).

[0070] De manière avantageuse, la première composition réagit avec la préparation alcaline de la deuxième composition pour former un géopolymère ou un matériau alkali activé.

[0071] Préférentiellement, la préparation alcaline est une préparation alcaline de sodium, de potassium ou de calcium, en particulier choisie parmi : une préparation de carbonate de sodium ou de potassium; une préparation de silicate de sodium, de potassium ou de calcium ; une préparation d’hydroxyde de sodium, de potassium ou de calcium ; une préparation d’oxyde de calcium ; une préparation de sulfate de sodium, de potassium ou de calcium ; ou encore de la chaux vive, de la chaux éteinte ou de la chaux aérienne, ou encore une combinaison de ces dernières.

[0072] De préférence, la préparation alcaline comprend des sels de lithium.

[0073] L’oxyde de calcium est également appelé chaux vive.

[0074] De préférence, au moins l’une des première et deuxième compositions comprend au moins un adjuvant configuré pour retarder ou accélérer le durcissement du coulis activé ou encore pour fluidifier le coulis activé. Un intérêt est d’améliorer la maîtrise du durcissement du coulis activé. Le durcissement peut par exemple être retardé pour permettre le retrait du moyen de pompage de l’excavation et éviter qu’il ne soit bloqué dans le coulis activé durci.

[0075] L’invention porte par ailleurs sur une installation de fabrication d’un élément dans un sol, l’installation comprenant :

- un outil de forage configuré pour forer une excavation dans le sol ;

- un dispositif d’introduction configuré pour introduire dans l’excavation, lors du forage, un coulis comprenant un première composition ;

- un dispositif d’activation du coulis comprenant : un moyen de pompage configuré pour pomper le coulis, après le forage ; un moyen de traitement du coulis configuré pour ajouter dans le coulis pompé une deuxième composition configurée pour activer le coulis en réagissant avec la première composition afin d’initier le durcissement dudit coulis ; un moyen d’introduction du coulis activé dans l’excavation.

[0076] De préférence, le coulis est pompé hors de l’excavation.

[0077] De préférence, l’installation comporte en outre un dispositif de contrôle comprenant au moins un premier organe de mesure configuré pour mesurer au moins un paramètre physico-chimique du coulis pompé, le dispositif de contrôle étant configuré pour stopper l’ajout de la deuxième composition dans le coulis pompé lorsque la valeur dudit au moins un paramètre physico-chimique devient supérieur à un seuil haut pré déterminé ou devient inférieur à un seuil bas prédéterminé.

[0078] Lesdits seuils haut et/ou bas prédéterminés sont avantageusement choisis de sorte que lorsque ledit au moins un paramètre physico chimique atteint ledit seuil haut pré déterminé ou ledit seuil bas prédéterminé, sensiblement tout le coulis initialement introduit lors du forage a été activé.

[0079] De manière avantageuse, ledit au moins un premier organe de mesure est disposé en surface, hors de l’excavation, en amont du moyen de traitement du coulis. En variante et de manière non limitative, ledit au moins un premier organe de mesure peut être WO 2023/274853 PCT/EP2022/067279 disposé dans l’excavation, par exemple à proximité du fond de l’excavation.

[0080] Avantageusement, le dispositif de contrôle comprend :

- au moins un deuxième organe de mesure disposé en aval du moyen de traitement du coulis et configuré pour mesurer ledit au moins un paramètre physico-chimique pour le coulis activé ; et

- un module de détermination de seuil configuré pour déterminer le seuil haut pré déterminé, respectivement le seuil bas prédéterminé, à partir dudit au moins un paramètre physico-chimique mesuré pour le coulis activé.

[0081] De manière non limitative, le dispositif de contrôle peut comprend une unité de commande comprenant le moyen de détermination de seuil.

[0082] De préférence, l’installation comprend un outil mélangeur configuré pour mélanger le coulis pompé avec la deuxième composition ajoutée.

Brève description des dessins

[0083] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

[0084] [Fig. l]La [Fig.l] illustre l’état initial d’un procédé de fabrication d’un élément selon G invention ;

[0085] [Fig.2]La [Fig.2] illustre une étape de forage du procédé selon l’invention;

[0086] [Fig.3]La [Fig.3] illustre une étape de retrait de l’outil de forage du procédé selon l’invention;

[0087] [Fig.4]La [Fig.4] illustre une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention;

[0088] [Fig.5]La [Fig.5] illustre le début du cycle d’activation du procédé selon l’invention ;

[0089] [Fig.6]La [Fig.6] illustre une étape intermédiaire du cycle d’activation du procédé selon l’invention ;

[0090] [Fig.7]La [Fig.7] illustre la fin du cycle d’activation ;

[0091] [Fig.8]La [Fig.8] illustre un élément fabriqué dans un sol au moyen du procédé selon l’invention ;

[0092] [Fig.9]La [Fig.9] illustre l’évolution de la conductivité du coulis pompé en fonction de la concentration massique en deuxième composition ; et

[0093] [Fig.10]La [Fig.10] illustre l’évolution de la résistance en compression de l’élément fabriqué en fonction de la concentration massique en deuxième composition.

Description des modes de réalisation

[0094] L’invention porte sur un procédé fabrication d’un élément dans un sol. Ce procédé permet de fabriquer un élément tel qu’un écran de soutènement provisoire ou un écran d’étanchéité par activation d’un coulis de forage. [0095] A l’aide des figures 1 à 7, on va décrire un mode de réalisation non limitatif du procédé, conforme à la présente invention, de fabrication d’un élément E dans un sol S . Le procédé est mis en œuvre au moyen d’une installation 10 de fabrication d’un élément dans un sol selon l’invention. Cette installation est également illustrée sur les figures 1 à 7.

[0096] L’installation 10 comprend une machine de forage 12, comprenant un outil de forage 14, configuré pour forer une excavation dans le sol S. La géométrie de l’excavation dépend de l’outil de forage 14. L’outil est ici cylindrique. Comme on peut le voir en [Fig.2], l’installation 10 comprend par ailleurs un dispositif d’introduction 16 configuré pour introduire dans une excavation un coulis. Dans cet exemple non limitatif, le dispositif d’introduction 16 comprend une buse de projection disposée à l’extrémité distale de l’outil de forage 12. En variante, et de manière non limitative, le dispositif d’introduction 16 peut comprendre une conduite débouchant en tête de l’excavation et permettant d’introduire le coulis dans l’excavation au fur et à mesure du forage de ladite excavation.

[0097] Tel qu’illustré en [Fig.4], l’installation 10 comprend de plus un dispositif d’activation 20 du coulis. Le dispositif d’activation 20 du coulis comprend un moyen de pompage 22. Le moyen de pompage 22 comprend une conduite d’aspiration 24 configurée pour s’étendre dans une excavation et une buse d’aspiration 26 arrangée à l’extrémité distale de la conduite d’aspiration et configurée pour être disposée dans une excavation.

[0098] Le dispositif d’activation 20 comprend en outre un moyen de traitement 30 d’un coulis configuré pour ajouter dans du coulis pompé une deuxième composition. Le moyen de traitement 30 comprend un réservoir 32 configuré pour recevoir ladite deuxième composition et une conduite de traitement 34. La conduite de traitement 34 et la conduite d’aspiration 24 se rejoignent au niveau d’un outil mélangeur 36. Dans cet exemple non limitatif, l’outil mélangeur 36 comprend un mélangeur en ligne. De manière non limitative, l’outil mélangeur peut être statique ou comprendre un élément mobile. La conduite de traitement 34 est munie d’une vanne 35 pouvant prendre une position ouverte ou fermée, afin d’autoriser ou non la circulation de la deuxième com position présente dans le réservoir vers l’outil mélangeur 36.

[0099] Le dispositif d’activation 20 comprend de plus un moyen d’introduction 38 d’un coulis activé dans une excavation. Dans cet exemple non limitatif, le moyen d’introduction 38 consiste en une conduite d’introduction configuré pour être reliée à l’outil mélangeur 36 et pour déboucher dans une partie supérieure d’une excavation, proche de la surface. Le moyen d’introduction 38 pourrait comprendre une buse d’introduction disposée à l’extrémité de la conduite d’introduction.

[0100] Sur la [Fig.4], on remarque que l’installation 10 comprend un dispositif de contrôle 40 comprenant un premier organe de mesure 42 et un deuxième organe de mesure 44.

[0101] Le premier organe de mesure 42 est configuré pour mesurer au moins un paramètre physico-chimique sur un coulis pompé depuis une excavation et circulant dans la conduite d’aspiration 24, en amont du moyen de traitement du coulis 30, et en amont de l’outil mélangeur 36. Dans cet exemple non limitatif, le premier organe de mesure 42 est configuré pour mesurer ledit paramètre physico-chimique en surface, hors de l’excavation.

[0102] Le deuxième organe de mesure 44 est configuré pour mesurer au moins un paramètre physico-chimique sur un coulis activé circulant dans la conduite d’introduction 38 et destiné à être introduit dans l’excavation. Le deuxième organe de mesure 44 est configuré pour mesurer ledit paramètre physico-chimique en aval du moyen de traitement 30 du coulis et de l’outil mélangeur 36.

[0103] Le dispositif de contrôle 40 comprend en outre une unité de commande 46 avec laquelle communiquent les premier et deuxième organes de mesure 42,44. L’unité de commande 46 est apte à commander la vanne 35 afin de stopper la circulation de la deuxième composition depuis le réservoir 32 vers l’outil mélangeur 36, notamment en fonction des paramètres physico-chimiques mesurés par les premier et deuxième organes de mesure 42,44. L’unité de commande 46 comprend un module de déter mination de seuil.

[0104] Le procédé de fabrication d’un élément dans un sol va maintenant être décrit en détails à l’aide des figures 1 à 7.

[0105] Tel qu’illustré en [Fig.l], on fournit initialement la machine de forage 12 munie de l’outil de forage 14. Le sol S est dépourvu d’excavation.

[0106] On réalise alors une étape de forage, illustrée en [Fig.2], au cours de laquelle on fore une excavation H dans le sol à l’aide de l’outil de forage 14. Lors du forage, on introduit dans ladite excavation, à l’aide du dispositif d’introduction 16, un coulis F comprenant une première composition. Ledit coulis joue alors le rôle d’un fluide de forage. En particulier, le coulis permet d’exercer une pression hydrostatique sur les parois de l’excavation afin d’éviter qu’elles ne s’effondrent.

[0107] Ce coulis F introduit lors du forage est inerte et non-activé, de sorte qu’il est configuré pour ne pas durcir tant que la première composition ne réagit pas avec une composition d’activation. La première composition du coulis comprend au moins un composant d’ alumino silicate non-activé choisi parmi : un laitier de haut fourneau, des cendres volantes, une argile calcinée, par exemple de type métakaolin ou kaolin, une argile de type bentonite, kaolinite, smectite, illite, attapulgite, sepiolite ou un mélange de ces derniers.

[0108] Lors d’essais réalisés par les inventeurs, le coulis F est constitué d’eau à raison de 920 litres par mètre cube (L/m ³ ), de bentonite à raison de 45 kilogrammes par mètre cube (kg/m ³ ) et de laitier de haut fourneau à raison de 185 kg/m ³ . La densité de ce coulis F est d’environ 1,15. La première composition du coulis comprend donc un mélange de bentonite et de laitier de haut fourneau.

[0109] Le coulis peut en outre contenir un adjuvant configuré pour retarder ou accélérer le durcissement du coulis.

[0110] L’adjuvant retardateur peut être choisi parmi la famille des gluconates, des ligno- sulfonates, des phosphonates de calcium, sodium ou ammonium ainsi que parmi les sels dérivés de l’acide citrique, de l’acide borique ou du citrate de sodium.

[0111] L’adjuvant accélérateur peut être choisi parmi des sels de calcium, de sodium et d’ammonium, par exemple du carbonate de calcium, du chlorure de calcium, du sulfate de calcium, du nitrate de calcium, du silicate de sodium, de l’aluminate de sodium.

[0112] L’adjuvant peut également être un superplastifiant choisi parmi les familles suivantes : polynaphtalène sulfonate, polymélamine sulfonate, éther de polycar- boxylate, polyacrylate de sodium, pyrophosphate ou hexamétapho sphate de sodium.

[0113] Tel qu’illustré en [Fig.3], et de manière non limitative, l’outil de forage 14 est extrait de l’excavation H. L’excavation H est alors remplie du coulis non- activé F introduit lors de l’étape de forage au moyen du dispositif d’introduction 16.

[0114] Comme on le constate sur la [Fig.4], on met alors en place les éléments de l’installation 10 permettant l’activation du coulis F, et en particulier le dispositif d’activation 20, le moyen de traitement 30 et le dispositif de contrôle 40. La conduite d’aspiration 24 du moyen de pompage 22 et disposée dans l’excavation de sorte que la buse d’aspiration 26 s’étend à proximité du fond de l’excavation H. La conduite d’introduction 38 est reliée à l’outil mélangeur 36 et est positionnée de manière à déboucher dans une partie supérieure de l’excavation H, proche de la surface.

[0115] La conduite d’aspiration 26 et la conduite d’introduction 38 sont initialement vides tandis que le réservoir 32 est rempli d’une deuxième composition C. La vanne 35 est initialement fermée. Cette deuxième composition C est une composition d’activation, comprenant des composants activateurs. Cette deuxième composition C est configurée pour réagir avec la première composition du coulis F introduit initialement dans l’excavation H lors du forage, afin d’activer ce coulis F et d’initier son durcissement.

[0116] De manière non limitative la deuxième composition C comprend une préparation alcaline, qui est dans cet exemple non limitatif une solution alcaline, pouvant être une solution alcaline de sodium, de potassium ou de calcium, en particulier choisie parmi : une solution de carbonate de sodium ou de potassium; une solution de silicate de sodium, de potassium ou de calcium ; une solution d’hydroxyde de sodium, de potassium ou de calcium ; ou encore une solution d’oxyde de calcium ; ou encore une combinaison de ces dernières.

[0117] De manière non limitative, la solution alcaline pourrait être remplacée par une poudre alcaline constituée des mêmes composés que la solution alcaline.

[0118] Lors des essais, et de manière non limitative, les inventeurs ont retenu une deuxième composition C comprenant un lait d’oxyde de calcium (CaO), ou chaux vive, à raison de 20 L/m ³ .

[0119] Cette deuxième composition peut également contenir un adjuvant configuré pour retarder ou accélérer le durcissement du coulis ou pour le fluidifier.

[0120] On réalise alors un cycle d’activation du coulis F présent dans l’excavation H à l’aide du dispositif d’activation 20, illustré en figures 5 à 7.

[0121] Au cours de ce cycle d’activation, tel qu’illustré en [Fig.5], on réalise une étape de pompage du coulis F, à l’aide du moyen de pompage 22. Le coulis F est aspiré par la buse d’aspiration 26 depuis le fond de l’excavation H et est acheminé jusqu’en surface, hors de l’excavation, via l’intérieur de la conduite d’aspiration 24. Le coulis F est amené jusqu’au moyen de traitement 30.

[0122] On réalise conjointement au cycle d’activation, une étape de contrôle au cours de laquelle on mesure, à l’aide du premier dispositif de mesure 42, une pluralité de pa ramètres physico-chimiques sur le coulis pompé F. Ces paramètres physico-chimiques sont mesurés hors de l’excavation, en amont du moyen de traitement 30 et de l’ajout de la deuxième composition C. En variante, ces paramètres physico-chimiques pourraient être mesurés dans l’excavation, par exemple au niveau de la buse d’aspiration 26.

[0123] Dans cet exemple non limitatif, on mesure le pH, la conductivité et la densité du coulis pompé F. Le pH initial mesuré sur le coulis pompé, avant de débuter l’ajout de la deuxième composition C, est de 9,9. La conductivité initiale du coulis pompé est de 1,32 millisiemens par centimètre (mS/cm) et la densité initiale du coulis pompé est de 1,15.

[0124] La mesure desdits paramètres physico-chimiques est avantageusement réalisée en continu et poursuivie tout au long du cycle d’activation. Un intérêt est de pouvoir suivre l’évolution de ces paramètres.

[0125] Tel qu’illustré en [Fig.5], le cycle d’activation comprend en outre une étape selon laquelle on ajoute la deuxième composition C dans le coulis pompé F, à l’aide dudit moyen de traitement 30. Plus précisément, la vanne 35 est ouverte pour permettre l’écoulement de la deuxième composition C et la mise en contact du coulis pompé F avec la deuxième composition. La mise en contact de la première composition du coulis pompé, comprenant la bentonite et le laitier de haut fourneau, avec la deuxième composition C, comprenant l’oxyde de calcium, a pour conséquence d’activer le coulis pompé F et d’initier son durcissement, par réaction de la deuxième composition avec la première composition.

[0126] Le pompage du coulis depuis l’excavation est poursuivi durant cette étape d’ajout de la deuxième composition C. [0127] Après avoir ajouté la deuxième composition C dans le coulis pompé, on mélange le coulis pompé F avec la deuxième composition C ajoutée, à l’aide de l’outil mélangeur 36. Un intérêt est d’améliorer l’homogénéité du mélange obtenu et donc du coulis activé F’. En sortie de l’outil mélangeur 36, le coulis activé F’ circule dans la conduite d’introduction 38. En variante, le mélange pourrait être réalisé dans G excavation.

[0128] On introduit alors le coulis activé F’ dans l’excavation, en G acheminant jusque dans l’excavation H au moyen de la conduite d’introduction 38, comme l’indiquent les flèches sur la [Fig.5]. Le coulis activé F’ est introduit en partie supérieure de l’excavation, à proximité de la surface.

[0129] En poursuivant le cycle d’activation, et tel qu’illustré par le passage de la [Fig.5] à la [Fig.6], le coulis activé F’ prendre progressivement la place du coulis F non- activé au sein de l’excavation H. Dans l’excavation, le niveau du coulis non- activé F, ini tialement introduit lors du forage, diminue progressivement, tandis que le coulis activé F’ est progressivement entraîné vers le fond de l’excavation H et remplit progres sivement ladite excavation, tel qu’illustré dans l’étape intermédiaire de la [Fig.6].

[0130] Dans cet exemple non limitatif, on mesure également les paramètres physico chimiques mentionnés précédemment, à savoir le pH, la conductivité et la densité sur le coulis activé F’. Cette mesure est réalisée à l’aide du deuxième organe de mesure 44 , en aval de l’ajout de la deuxième composition C et en aval de l’outil mélangeur 36.

La mesure est réalisée en surface, hors de l’excavation, mais pourrait être réalisée dans l’excavation. Les valeurs de ces paramètres physico-chimiques servent de références et d’indicateur d’activation du coulis.

[0131] Le cycle d’activation est poursuivi et les paramètres physico-chimiques continuent d’être mesurés sur le coulis pompé F et sur le coulis activé F’. Ces paramètres évoluent au cours du temps.

[0132] A chacun des paramètres physico-chimiques mesurés est associé un seuil haut ou un seuil bas. Les seuils haut et bas sont déterminés par un module de détermination de seuil de l’unité de commande 46 du dispositif de contrôle 40. Dans cet exemple non limitatif, les seuils haut et/ou prédéterminés sont déterminés pour chacun des trois pa ramètres physico-chimiques à partir desdits paramètres physico-chimiques mesurés pour le coulis activé F’, à l’aide du deuxième organe de mesure 44. Plus précisément, la valeur desdits paramètres physico-chimiques mesurés sur le coulis activé F’ est choisie comme seuil haut prédéterminé pour ces paramètres. Conformément aux mesures faites sur le coulis activé, le seuil haut prédéterminé pour le pH est fixé à 12, le seuil haut prédéterminé pour la conductivité est fixé à 8,5 mS/cm +/- 0,5 mS/cm et le seuil haut prédéterminé pour la densité est fixé à 1,16.

[0133] Lorsque la valeur d’au moins un des paramètres physico-chimiques mesurés par le premier organe de mesure 42 devient supérieur au seuil haut prédéterminé qui lui est associé, on stoppe le cycle d’activation. Pour ce faire, l’unité de commande 46 du dispositif de contrôle 40 compare la valeur des paramètres physico-chimiques mesurés sur le coulis pompé F aux seuils hauts prédéterminés. L’unité de commande 46 commande alors l’interruption de l’ajout de la deuxième composition dans le coulis pompé F, qui se traduit dans cet exemple non limitatif par la fermeture de la vanne 35. Il est alors considéré que l’ensemble du coulis initialement introduit lors du forage a été activé ou, à tout le moins, une quantité satisfaisante de coulis a été activée.

[0134] Par exemple, la [Fig.7] illustre un état final du cycle d’activation dans lequel l’ensemble du coulis a été activé. On constate que l’excavation est entièrement remplie de coulis activé F’. Dès lors, l’ensemble du coulis a été activé et du coulis déjà activé est désormais pompé. Les valeurs des paramètres physico-chimiques mesurés sur le coulis pompé sont alors sensiblement égales aux valeurs desdits paramètres mesurés sur le coulis activé, et supérieures ou égales aux seuils hauts prédéterminés.

[0135] Le pompage du coulis est interrompu. On retire alors le dispositif d’activation 20 et le moyen de traitement 30 et on laisse durcir le coulis activé dans l’excavation, jusqu’à formation de l’élément dans le sol.

[0136] La [Fig.8] illustre l’élément E formé dans le sol S, par la mise en œuvre du procédé selon l’invention, décrit précédemment.

[0137] La [Fig.9] illustre l’évolution de la conductivité, mesurée au moyen du premier organe de mesure 42, du coulis pompé au cours du cycle d’activation, en fonction de la concentration massique en deuxième composition C ajoutée dans le coulis pompé F, pour deux coulis différents. On constate que la conductivité augmente progressivement avec l’introduction de la deuxième composition C dans le coulis pompé, jusqu’à atteindre un maximum. Ce maximum correspondant à l’activation totale du coulis pompé, et le seuil haut prédéterminé peut être fixé légèrement inférieur à ce maximum.

[0138] Au-delà de ce maximum, la conductivité n’augmente plus, de sorte que l’introduction de la deuxième composition peut être stoppée. L’activation du coulis est atteinte et le coulis est alors saturé en activateur.

[0139] La [Fig.10] illustre l’évolution de la résistance à la compression, exprimée en Mé- gapascals (Mpa) mesurée au moyen du premier organe de mesure 42, sur un coulis pompé au cours du cycle d’activation, en fonction de la concentration massique en deuxième composition C ajoutée dans le coulis pompé F.

[0140] On constate que la résistance à la compression augmente avec l’ajout de la deuxième composition C, jusqu’à atteindre un maximum, puis reste constante une fois ce maximum atteint. L’ajout de la deuxième composition peut alors être interrompu.