Jet grouting versus congélation
Emmanuelle Picaud | le 10/08/2018 | Transports, Bâtiment, Paris, Seine-Saint-Denis, Bois
Grand Paris Express -
A Aulnay-sous-Bois, où passera en 2024 la ligne 16 du métro, un puits a fait office de laboratoire pour tester deux méthodes de confortement des sols.
Si le Grand Paris Express est parfois désigné chantier français le plus ambitieux du XXIe siècle, ce n'est pas seulement à cause de l'ampleur du linéaire d'infrastructures, mais aussi pour les techniques constructives utilisées. Les ingénieurs ont en effet prévu de recourir à des méthodes peu communes de confortement des terrains avant creusement, comme le jet grouting, qui consiste à injecter un coulis de ciment dans le sol, ou la congélation, qui recourt à des sondes pour refroidir le terrain avant de lancer le chantier.
Etanchéifier les sols. Des démarches justifiées par les 25 m de profondeur qu'atteignent facilement la plupart des travaux. « Les opérations vont presque toujours se dérouler sous nappe phréatique. Dans un tel contexte, il faut étanchéifier les sols pour pouvoir creuser », justifie Jonathan Rot, chef de projet au sein du bureau d'études des sols et fondations Géotec.
Afin de tester ces procédés, la Société du Grand Paris a réalisé - avec l'aide des bureaux d'études Egis et Tractebel - un puits d'essais de 25 m de profondeur, 7,5 m de diamètre et 80 cm d'épaisseur au sein de la future gare d'Aulnay-sous-Bois (Seine-Saint-Denis), à l'endroit où passera la future ligne 16 du métro. « L'idée était de tester ces deux techniques pour réaliser les connexions prévues entre les tunnels principaux et les ouvrages annexes comme les puits de ventilation, les issues de secours, etc. », précise le chef de projet. Pour réaliser les essais, deux galeries de 5 m de long et 3 m de diamètre ont été creusées dans le puits, à 23 m de profondeur. Les ingénieurs ont alors analysé plusieurs paramètres comme les conditions de réalisation, les comportements mécaniques ou encore la facilité de creusement. « Aucune technique ne prévaut sur l'autre. Les deux ont permis de creuser une galerie stable », se félicite Jonathan Rot. Toutefois, le recours à l'une des techniques peut être justifié selon le contexte. « Dans un quartier urbain très dense, la congélation peut être plus adaptée parce qu'elle nécessite peu d'installation de chantier en surface en comparaison au jet grouting. L'intérêt de ce dernier réside dans sa plus grande rapidité d'exécution », analyse le chef de projet.
Les essais réalisés ont également permis de lister une série de recommandations. Ainsi, dans le cas de la congélation des sols, une instrumentation solide permettra d'assurer le bon déroulement du chantier, ce qui a été fait ici en déployant des sondes de température en de nombreux points de mesure selon l'axe d'allongement de la galerie. Les essais géotechniques réalisés en amont des travaux se sont aussi révélés déterminants pour anticiper les comportements des sols une fois que ceux-ci ont été congelés.
En revanche, pour le jet grouting, c'est dans la phase de réalisation des travaux que l'entreprise devra être vigilante, l'injection de coulis de béton à haute pression pouvant engendrer un claquage du terrain et un soulèvement du sol.
Maîtrise d'ouvrage : Société du Grand Paris. Assistance à maîtrise d'ouvrage générale : Artémis. Maîtrise d'œuvre : Egis et Tractebel. Entreprises : Soletanche Bachy, Sade STS et Soletanche Bachy Tunnels. Dimensions du puits : 25 m de profondeur, 7,5 m de diamètre et 80 cm d'épaisseur.
Dans le sous-sol, 14 sondes de congélation de la longueur de la galerie ont été réparties, avec un espacement d'un mètre. « Le but est d'obtenir un anneau de glace sur 1,5 m d'épaisseur. Une interpénétration des zones de froid entre chaque sonde est nécessaire pour faire le tour de la galerie », détaille Jonathan Rot, chef de projet chez Géotec. La température moyenne doit être de - 10 °C : pour y parvenir, il faut injecter une quantité de froid importante, et rapidement. De l'azote liquide à - 196 °C passe dans les tubes. Puis un liquide préalablement refroidi, à l'aide d'un groupe frigorifique en surface, est introduit dans les sondes pour maintenir la galerie à bonne température. La phase de mise en froid a débuté en juillet 2017 et s'est poursuivie par une phase d'entretien durant cinq mois, au cours de laquelle s'est déroulé le creusement dans le sol congelé, de début octobre à fin novembre.
La méthode du jet grouting consiste à déstructurer le sol en injectant un jet haute pression, puis à mélanger le sol érodé avec un coulis à base de ciment pour former des colonnes, panneaux et autres structures dans le terrain. Dans le cadre de la préparation de la deuxième galerie, un massif de 44 colonnes verticales de 7,50 m de long et 7,80 m de large a ainsi été réalisé depuis la surface. « Les colonnes se recoupent les unes avec les autres, ce qui permet d'obtenir un massif homogène. Le but, c'est que la formation actuelle, constituée dans notre cas de sables de Beauchamp, se mélange avec le ciment et soit remplacée par un béton de sol », commente Jonathan Rot, chef de projet chez Géotec. Une fois le massif constitué, il ne reste plus qu'à creuser la galerie, et le tour est joué.
