Les injections


Qu’est ce que les injections ? 

Principe

L’injection consiste à faire pénétrer dans un milieu plus ou moins perméable, un matériau pompable (liquide, suspension, émulsion, mortier) appelé coulis d’injection. Ce milieu peut être naturel (sols, roches) ou artificiel (maçonneries, bétons). L’injection s’effectue généralement par des forages réalisés dans le milieu à traiter.

L’injection a pour but d’améliorer les caractéristiques du milieu traité ; il s’agit le plus souvent d’en améliorer la résistance mécanique et/ou d’en réduire la perméabilité par remplissage des vides. Les coulis peuvent remplir les vides du sol, les fissures d’une roche, les vides de dissolution (on parle alors d’injection de fissures, d’imprégnation, de remplissage), et/ou pénétrer avec déplacement du terrain par refoulement ou fracturation (on parle alors d’injection de compactage ou injection solide, et d’injection par claquages). L’injection avec déplacement peut être utilisée pour limiter les déformations d’ouvrage pouvant être engendrées par les excavations (galeries et tunnels, grandes fouilles urbaines, etc.) ; on parle alors d’injection de compensation (des tassements).

Les coulis d’injection sont classés en deux catégories principales :

  •   les suspensions, instables (ciment-eau) ou stables (ciment-argile-eau et adjuvant)
  •   les liquides, solutions pures (résines), colloïdales (gels) et émulsions.

NB : Certains types d’injection n’entrent pas dans la terminologie énoncée ci-dessus : ce sont, par exemple, les injections de collage, les remplissages gravitaires de vides, les injections semi-solides de compactage et le jet-grouting.

Centrale d’injection informatisée

Domaines d’application

Les excavations souterraines ont été depuis l’origine un domaine privilégié d’application des injections, tant pour l’imperméabilisation que pour la consolidation.

Traitement tunnel avant excavation et dit à « l’avancement » de l’excavation

Pour l’étanchéité du terrain de fondation, les barrages font classiquement appel aux injections. Les fouilles profondes ont souvent besoin d’un fond étanche pour limiter les débits de pompage à des niveaux acceptables.

Les injections sont également utilisées dans la protection de structures ou le confortement de leur fondation, dans le remplissage des anciennes carrières, dans le confinement de matériaux et de terrains à risque pour l’environnement.

 

Techniques utilisées

Les techniques utilisées vont varier en fonction des objectifs recherchés et de la nature des terrains.
Une première distinction apparaît entre les terrains rocheux où l’injection pourra se faire à « trou ouvert », les parois du forage étant stables, et les terrains meubles où le forage sera équipé d’un « tube à manchette » dans lequel sera descendu l’obturateur d’injection.

Milieu rocheux

En milieu rocheux, les forages sont réalisés en rotation ou en roto-percussion, non tubés. L’injection est conduite par tranches de plusieurs mètres de longueur, soit descendantes, soit montantes, en utilisant un obturateur gonflable. Dans le cas de forages courts, on peut placer l’obturateur en tête de forage.

Les coulis utilisés en milieu rocheux – ou s’il s’agit d’obturer les fissures – sont, soit des coulis stables traités anti-essorant, soit des coulis instables eau-ciment. Dans le cas des coulis instables, l’obturation des fissures est obtenue par remblayage hydraulique des grains de ciment. Les pressions d’injection peuvent être très élevées. L’injection commence toujours par un coulis dilué puis se poursuit par phases successives en augmentant le rapport pondéral C/E (ciment/eau).

Une méthode récente appelée GIN (Grouting Intensity Number) a été développée par G. Lombardi : elle consiste à attribuer à chaque nature de roche un couple de valeurs maximales d’absorption V et de pression d’injection P et de stopper l’injection lorsque le produit PV atteint la valeur pré-établie.

 

Milieu granulaire

Dans les sols granulaires, les forages sont généralement équipés de tubes-à-manchettes et l’injection de coulis stables (argile-ciment, gel, solution colloïdale) s’effectue par passes courtes (30 à 50 cm) en utilisant un obturateur double.

Les pressions et les débits d’injection restent faibles de manière à ne pas claquer le terrain mais à l’imprégner. Contrairement aux milieux rocheux, les quantités de coulis peuvent être prévues avec une assez bonne précision en fonction de la porosité du sol.

Le tube à manchettes est un tube lisse intérieurement, perforé tous les trente à quarante centimètres. Ces perforations sont recouvertes par des anneaux en caoutchouc appelés « manchettes » et jouant le rôle de clapets. Ce tube est scellé au terrain au moyen d’un coulis de bentonite ciment faiblement dosé (le coulis de gaine) pour éviter la remontée du coulis d’injection par l’annulaire.

L’injection est généralement conduite en deux phases, une phase d’un coulis bentonite ciment destinée à Sables et graviers 25 – 35% volume du sol Sable fin 35 – 45% volume du sol Rocher fissuré 5 – 15% volume du sol Radier dans la craie 8 – 25% volume du sol Traitement par claquage 10 – 20% volume du sol remplir la granulométrie grossière, et une phase d’un coulis plus pénétrant (coulis liquide ou suspension ultrafine). Le critère principal est la quantité nécessaire pour remplir de façon optimale la porosité du terrain.

 

 

 

 

 

 

La chaîne informatique d’injection

Le contrôle de la qualité en cours d’exécution est un facteur clé de la réussite des chantiers d’injection. Pour cette raison, Soletanche Bachy a développé depuis les années 80 une chaîne informatique, dénommée SPICE (du nom du système de supervision) ou GROUT I.T. aux Etats-Unis, qui est rapidement devenue incontournable pour gérer efficacement les milliers de données des chantiers d’injection, à tous les niveaux de la production : l’établissement du projet (implantation des forages, calcul des quantités à injecter) ; le contrôle de la centrale d’injection (surveillance des pompes, acquisition des mesures de débit et pression) ; enfin, le suivi technique de la qualité et de la production. La chaîne informatique de traitement développée par Soletanche Bachy comprend essentiellement :
– le programme CASTAUR : pour effectuer la synthèse des éléments de reconnaissance, et établir le plan de tir des forages,
– le système de supervision SPICE placé dans la centrale d’injection et pilotant les pompes en fonction d’instructions pré-établies : pour contrôler le processus d’injection,
– le programme SPHINX, et ses outils de visualisation graphique : pour la gestion des données de l’injection.

L’apport de ces outils informatiques est considérable, car ils apportent tout à la fois :
– Sécurité, grâce à une rigueur et à une précision accrue dans la prise des données et le contrôle des opérations sur le terrain ;
– Qualité : grâce à la puissance des outils de synthèse et d’analyse : rapports, vues graphiques ;
– Performance : des rendements de production accrus, et un contrôle efficace et compatible avec le rythme de plus en plus rapide des chantiers.

Chaine informatique des injections et modéle 3D