Techniques.

Le principe de la congélation des sols est de transformer l’eau interstitielle du sol en glace par apport de froid. L’eau du sol ainsi solidifié a pour effet de cimenter celui-ci, qui devient alors étanche et résistant.

La technique consiste à installer des tubes de congélation suffisamment rapprochés dans le sol, afin d’obtenir des cylindres de sol gelés qui soudés les uns aux autres peuvent constituer une enceinte résistante et étanche. En fonction de la disposition des tubes, il est possible de produire des enceintes de « sol congelé » de formes très variées : paroi verticale, anneau, dalle.

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Détail d’un tube de congélation

C’est dans les mines qu’ont eu lieu les premières congélations des sols. En effet, ce procédé imaginé par l’Allemand Poetsch, reçut une première application en 1883 pour le fonçage des puits dans les mines de lignite à Scheidlingen, en Saxe. La première application en tunnel date de 1888 lors du creusement d’un tunnel à Stockholm au sein de sables argileux aquifères.

Ce procédé spécial de traitement des sols s’emploie dans les sols aquifères dans le cadre des travaux de génie civil.

Les domaines d’applications sont variés de la stabilisation des sols pour le creusement de galeries, puits, galeries de liaison entre tunnel jusqu’à la stabilisation de parois de terrassement et la protection des accès pour les boucliers et les pousses tubes. Cette méthode est adaptée aux environnements complexes à proximité d’ouvrages sensibles aux déformations et aux situations difficiles d’accès. Elle permet également la reprise de travaux à la suite d’incidents de chantier (débourrage, etc.).

Enfin, la congélation du sol n'a pas d'effet à long terme sur l'environnement car une fois le sol fondu, les eaux souterraines et les sols retrouvent leurs états initiaux.

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Différents usages de la congélation

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Différentes méthodes sont utilisées pour la congélation des sols :

• La congélation rapide des sols à l’azote liquide : l’azote est un gaz non toxique, non inflammable et un composant de l’air jusqu’à proportion de 78%. En tant que gaz liquéfié à très basse température, l’azote a une température de -196°C à 1 bar ;
  
  L’azote liquide est apporté sur chantier par des camions citernes spéciaux et stockés au sein de réservoirs. Il est introduit à l’intérieur des tubes de congélations desquels il s’échappe sous forme gazeuse dans l’atmosphère après s’être réchauffé au contact du sol. Le sol est ainsi congelé brutalement.
   

• La congélation lente à la saumure : la saumure est une solution saline aqueuse utilisée comme fluide frigorifique refroidie à des températures entre -25°C et -35°C.
  
  Cette solution circule en circuit fermé entre les tubes de congélation au contact du sol et les groupes de réfrigération qui assurent sa température négative. Comme son nom l’indique et en opposition avec l’azote liquide, cette méthode nécessite un assez long délai avant que les noyaux congelés autour de chaque tube de congélation se réunissent.

Dans le cadre de travaux de congélation, la mise en œuvre de dispositifs de contrôle et de surveillance est indispensable à la bonne réussite du chantier.

Ces dispositifs comprennent des sondes de températures au droit du dispositif de congélation (tubes, groupes frigorifiques, etc.) mais également dans le sol afin de vérifier à tout moment l’obtention de la température minimale requise garantissant la stabilité.

Des dispositifs d’instrumentation des déplacements du sol sont également installés afin d’observer le comportement du massif congelé, des sols adjacents et des ouvrages mitoyens dont il faut garantir la stabilité durant les travaux.

Au regard du volume de mesures généré par la surveillance de ces travaux, des logiciels de mesures sont utilisés pour enregistrer les différents relevés et les représenter de manière synthétique et graphique en temps réel aux responsables du chantier.
 

© SOLETANCHE BACHY

© CHRISTOPHE FILLIEULE POUR SOLETANCHE BACHY

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