Développement d'une technologie d'amélioration des sols en place par biocalcification

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La pression démographique croissante dans le monde suscite ainsi un intérêt particulier pour les techniques d’amélioration des sols. Parmi celles-ci, la biocalcification des sols est une technologie émergente reposant sur la création de calcite à l’aide de bactéries. Ses applications comprennent notamment la prévention de la liquéfaction, la lutte contre l’érosion des sols, ainsi que la stabilisation de contaminants. Ces sujets sont tous d’un grand intérêt pour le Canada, puisque la technologie permettra de répondre à des problématiques touchant l’érosion des berges et sols agricoles, la stabilité des barrages et digues en remblai, ainsi que les sites industriels contaminés par des métaux. Toutefois, plusieurs défis doivent être relevés avant son application à l’échelle industrielle, en particulier le changement d’échelle entre les processus biochimiques (échelle infinitésimale) et le comportement des sols (échelle métrique), ainsi que le passage d’éléments discrets (bactéries, précipités) à des éléments continus ou modélisés comme tels (porosité). L’objectif à long terme du programme est d’établir un modèle de biocalcification et de définir les limites de la technologie en termes de performances et d’impacts environnementaux. Un programme de recherche comprenant quatre objectifs spécifiques sera ainsi déployé: 1.Objectif spécifique 1 : caractérisation de la biocalcification La littérature nous renseigne sur les lieux préférentiels de précipitation, mais les publications couplant ces informations à la résistance et la conductivité hydraulique des sols traités sont manquantes. L’objectif spécifique 1 sera donc de fournir ces informations concurremment afin de caler un modèle numérique. Il est ainsi prévu de réaliser des essais d’injection, associés à des observations microscopiques et des mesures de densité en place. Des essais de perméabilité et des essais triaxiaux seront également réalisés pour coupler les observations microscopiques aux caractéristiques macroscopiques, ce qui constitue l’originalité des travaux. 2.Objectif spécifique 2 : modélisation numérique Cet objectif s’attachera à la relation entre les variations micro-structurelles liés à la précipitation et les comportements mécanique et hydraulique des sols. Pour cela, il est prévu de mettre en œuvre un modèle par éléments discrets tenant compte de la structure granulaire des matériaux et des interactions entre les grains de calcite et le sol. Un couplage à un modèle par éléments finis sera de plus réalisé pour l’aspect hydraulique. En dernier lieu, les caractéristiques macroscopiques des sols traités seront déterminées par une technique d’homogénéisation, ce qui constitue l’originalité de l’étape. 3.Objectif spécifique 3: performances et applicabilité Cet objectif visera à déterminer les performances et les limites de la technique pour différents types de sols. Pour cela, des campagnes d’injections seront mises en œuvre sur différents types de sols, suivies d’essais géotechniques et d’essais de performances en grandeur semi-réelle. L’originalité de cette étape réside dans la caractérisation des performances de traitement pour différents types de matériaux, en particulier les matériaux silteux. 4.Objectif spécifique 4: impact environnemental Enfin, un quatrième objectif s’attachera à définir les risques environnementaux, notamment en ce qui a trait au relargage d’ions ammonium lors de l’hydrolyse de l’urée. Des essais de caractérisation des lixiviats seront ainsi réalisés, suivi d’essais de réhabilitation au laboratoire. Une attention particulière sera portée aux méthodes de traitement dites passives, c’est-à-dire sans apport d’énergie extérieure. L’originalité de ce travail réside dans l’étude du couplage avec des solutions de traitement in situ des coproduits.