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Argiles et eau : les liaisons dangereuses
Adulées pour leurs propriétés thérapeutiques ou conspuées pour les ravages qu’elles peuvent causer sur les ouvrages et le sort des hommes, les argiles sont proches de nous dans de multiples domaines. Pour le géotechnicien, elles constituent un matériau énigmatique, synonyme de risque et d’incertitude. Un matériau qu’il faut décrire, analyser, décortiquer jusque dans ses moindres détails pour espérer le contenir. Un matériau pour lequel le terme "maîtrise" serait d’une prétention dangereuse.
Les recherches sur le comportement des argiles reposent entre autres sur des observations à l’échelle des particules. Aujourd’hui, l’outil le plus évolué et le plus adapté pour visualiser la structure microscopique de ces sols est le microscope électronique à balayage environnemental, développé dans le courant des années 90. Dans ce microscope, l’humidité relative autour de l’échantillon observé peut être maîtrisée. Ainsi, plus besoin de faire sécher les échantillons avant observation et donc plus de risque de modifier leur microstructure. Mais surtout, cette technologie ouvre un nouveau champ de travail en permettant d’observer les argiles à l’échelle microscopique lorsque l’atmosphère autour du matériau s’humidifie, et le fait gonfler, ou s’assèche, et le fait se rétracter. Bref, une petite révolution et un espoir de mieux comprendre le comportement de ces matériaux.
Cette page présente quelques observations obtenues avec cet appareil, qui est maintenant au service des chercheurs du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (site de Paris).
On observe aux faibles grossissements l’organisation en agrégats, avec des vides importants entre agrégats. Ce mode d’organisation, caractéristique des argiles, se retrouve à toutes les échelles et a une influence notable sur le comportement du matériau.
Aux plus forts grossissements, on peut distinguer les particules argileuses élementaires.
Grossissements progressifs dans une argile très plastique (Indice de plasticité 60), composée de 60 % de smectites et 40 % d’illite. L’échantillon a été compacté à une faible teneur en eau et une faible densité.
Effets de l’humidification dans un sable argileux
Photographies prises successivement au cours d’un cycle humidification-séchage dans un sable argileux. On peut distinguer les paquets argileux "collés" sur un grain de sable de quelques centaines de microns.
Lors de l’humidification, l’eau pénètre dans les agrégats argileux et, une fois ceux-ci saturés, remplit les vides externes. L’eau apparaît sous forme d’un film noir qui se développe lorsque l’humidité augmente et se retire lors du séchage.
On notera les mouvements relatifs des paquets d’argile causés par les variations d’état hydrique. Ce phénomène, observé à l’échelle microscopique et ici de faible ampleur, s’exprime aussi à plus grande échelle et est la cause des désordres sur les structures (habitations, ouvrages d’art, routes,...) implantées dans des zones argileuses.
