Fluage, durabilité, endommagement des géotextiles

5es Rencontres Géosynthétiques Francophones 2003 / 2004

Fluage, durabilité, endommagement des géotextiles

Ph. Mailler - IFTH -Ecully - France A. Watn - SINTEF - Norvège

Y. Bourdeau - INSA Lyon - Lyon – France

Résumé

Le comportement dans le temps des géotextiles est un facteur important quant à leur durabilité et au maintien de leurs propriétés d’usages. Plusieurs facteurs peuvent influencer leur durée de vie. Tout d’abord les dommages qu’ils peuvent subir lors de leurs installations, en effet les efforts mécaniques subits par les géotextiles durant l’installation et le compactage peuvent être bien plus important que ceux subits lors de leur service, puis selon les cas leurs comportement sous diverses agressions extérieures telles que les UV, le fluage, l’oxydation l’alcalinité et/ou la combinaison de ces phénomènes.

Mots clés : endommagement, fluage, comportement dans le temps

Abstract (Creep, durability, damage on geotextiles)

Long term behaviour of geotextile is an important factor concerning their durability. Many factors can influence this life time. Firstly the damage during their installation, effectively the mechanical stresses they assume during their installation or compaction can be much more important than those they assume during their life time, then the behaviour under several external attack like UV, creep, oxidation, alkalinity and/or the combination of these phenomens.

Key-Words : damage, creep, life time behaviour

1. Endommagement

1.1. Introduction Chaque fois que des géotextiles sont utilisés dans des applications de génie civil, la question de l'endommagement se pose. Pendant presque un demi siècle les géotextiles ont été utilisés avec succès comme séparateurs, filtres,, renforcement drainage et protection. Parmi les nombreuses application où le géotextile a été utilisés on retrouve quelques cas ou il n'a pas rempli sa fonction du à l'endommagement subi lors de l'installation. La plupart des fabricants et revendeurs sont naturellement plus intéressés aux succès qu'aux quelques échecs. Lorsque les géotextiles ont été introduits les fabricants et les distributeurs, dans leur enthousiasme pour ces produits, ont parfois surestimés le potentiel de ces produits à résister aux phase de mise en place. Des essais sur sites ont été effectués en Allemagne dans les années soixante dix sur des géotextiles fins et de faible grammage installés entre des matériaux anguleux et compactés. Lorsque les géotextiles ont été retirés du sol des dommage sévères pouvaient être observés (figure 1).

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Figure 1 :dommages sur géotextiles extraits ([Wilmers])

Cette expérience et d'autres à travers le monde ont consolidés l'idée de développer des critères pour évaluer l'endommagement des géotextiles. Depuis des travaux intensifs ont été menés à la fois par les producteurs et les utilisateurs pour développer de meilleurs méthodes d'évaluation des endommagement et des critères pour la sélection des produits. Les géotextiles dans les applications de génie civil sont généralement utilisés pour satisfaire à l'une ou plusieurs des fonctions suivantes : séparation, filtration , drainage, renforcement, protection. Les impacts mécaniques sur ces géotextiles peuvent réduire voire totalement détruire leur capacité à répondre au besoin. D'autre part il est à noter que le géotextile doit remplir sa fonction malgré les dommages. Dans la phase de conception il faut donc évaluer quels seront les dommages subits par le géotextile et quelles en seront les conséquences. Tout au long de cet article nous regarderons les différents types d'endommagements mécaniques et nous essayerons de les corréler avec différentes applications. Nous tacherons de montrer quelles sont les méthodes adéquates pour évaluer ces endommagements et nous donnerons quelques exemples extraits de sites. Les endommagements subits lors de la constructions sont souvent supérieurs aux contraintes subies lors du fonctionnement et influent grandement sur la durée de vis du matériau.

1.2. Mécanismes d'endommagement Les dommages mécaniques sur les géotextiles peuvent apparaître sur les géotextiles depuis la production, le stockage, la manutention, l’installation et enfin l’utilisation. Durant leur mise en œuvre les géotextiles seront soumis à différentes agressions mécaniques. Le type de dommage variera selon le type de sol, le matériau, les équipements et les procédures de construction et les conditions climatiques. Les caractéristiques des géotextiles influeront également sur le type de dommage. Les mécanismes d’endommagement résultent d’une combinaison entre les conditions d’ancrage ,les caractéristiques du géotextile et de plusieurs autres facteurs extérieurs. Durant les phases de mise en œuvre, les équipements utilisés, les conditions de sol, le matériau d’apport sont des facteurs importants. Les contraintes induites sur le géotextile sont différentes que l’on se trouve sur un sol mou avec un matériau d’apport rond de fort diamètre ou sur un sol dur avec un matériau d’apport anguleux. Néanmoins d’autres facteurs peuvent avoir également une influence significative. Par exemple les dommages subits lors du compactage à une température de –10°C seront différents de ceux subits à 30°C. La quantité, mais aussi le mode d’endommagement varieront avec les caractéristiques du géotextile. Un géotextile non tissé aiguilleté épais et lourd (grande déformation, relativement faible résistance) est pour le même impact enclin à avoir un mode d’endommagement différent d’une géogrille extrudée (faible déformation, haute résistance). Par la suite six mécanismes d’endommagement sont présentés avec leurs caractéristiques typiques

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et les situations dans lesquels ils apparaissent.

1.2.1 Abrasion L’abrasion est typiquement causée par un glissement répété du géotextile sur un matériau abrasif. Ce type de dommage apparaît principalement lorsque le géotextile se trouve en surface (revêtement de canal, berge…). Ce sont des cas typiques ou il y a des mouvements cycliques entre le géotextile et le sol en contact ( voies ferrées, routes temporaires) [Müller Rochholz, 1996].

Figure 2 :exemples d’abrasion de surface d’un géotextile tissé en polypropylène [Brady et al., 1994]

La figure 2 montre des exemples sur le même site de dommages sévères sur un géotextile polyéthylène relativement léger (240 g/m²) alors qu’un géotextile polyester polyamide plus lourd (400 g/m²) est presque intact. L’abrasion peut se produire sur tout type de géotextile, mais les non tissés aiguilletés sont particulièrement sensibles à ce type d’endommagement car la surface est plus facilement abrasive. De plus l’abrasion peut aussi se produire avec des matériaux granulaires fins. Des recherches [Ehrler et al., 1999], ont montré que des abrasion sévères pouvaient apparaître des particules petites mais anguleuses (sable de quartz de diamètre maximum 200 microns). Cette abrasion conduit à des pertes de résistance de plus de 50%, ce qui doit être pris en compte. L’abrasion réduira l’épaisseur du géotextile ce qui conduira localement à des réductions de résistance et aussi des changement des propriétés de filtration. Des abrasons sévères peuvent conduire à la destruction totale des géotextiles.

1.2.2 Entailles

Figure 3 :exemples d’entailles sur un ruban de grille en polyéthylène [Brady et al., 1994]

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Les entailles sont causées quand des matériaux tranchants sont en contact direct avec les géotextiles avec une possible combinaison avec les équipements vibrants. Ce phénomène et principalement observé sur les rubans de grilles en polyéthylène extrudé. Un exemple d’un essai sur site est présenté figure 3. Le matériau d’apport était dans ce cas un gravier qui a été compacté fortement en utilisant un équipement à vibrations. Les entailles ne causent pas des pertes immédiates de résistance lorsqu’elles sont dans la direction de la charge, mais elles le peuvent lorsqu’elles sont perpendiculaires à la charge.

1.2.3 Poinçonnement Le poinçonnement intervient lorsque le matériau d’apport pointu et tranchant et versé directement sur le géotextile, ou par compactage lorsque des équipements lourds sont utilisés sur des fines couches de matériaux d’apport. Cette situation apparaît lorsque les géotextiles sont utilisés en séparation et filtration pour des digues ou sous des routes ou des voies ferrées. Ce mécanisme est surtout lié aux géotextiles tissés ou non tissés, le poinçonnement des géogrilles n’ayant que peut de sens. Généralement les géotextiles non tissés avec une flexibilité relativement faible sont plus sensibles à ce type d’endommagement. Les pierres pénétrerons dans le géotextile et pourront réduire ou détruire l’efficacité de la filtration et de la séparation. Des investigations dans ce domaine [Watn et al., 1998, Chew et al., 1999, Khay, 1998], ont montré que même avec endommagements importants les géotextiles pouvaient remplir leurs fonctions, les pierres comblant les trous. Un exemple typique de poinçonnement est présenté sur la figure 4. Ceci provient d’un essai sur site [SINTEF report, 1997], ou un géotextile non tissé thermolié est placé sur un sol relativement dur avec une fine couche de matériau mou sous le géotextile. Le matériau d’apport est constitué de pierres tranchantes et pointues. Les pierres ont poinçonnées le géotextile et la sous couche. La correspondance entre le poinçonnement du géotextile et l’empreinte dans la sous couche est clairement visible. Durant l’extraction il a pu être observé que malgré un nombre (relativement faible) de trous la fonction de séparation était assurée.

Figure 4 :poinçonnement d’un géotextile ([SINTEF 1997])

1.2.4 Rupture sous contrainte Les ruptures sous contraintes apparaissent lorsque le géotextile est soumis à de fortes contraintes ou déformations et est typiquement lié à l’utilisation des géotextiles en séparation sur sols mous avec des matériaux d’apport de larges diamètre. Ces ruptures apparaissent également lorsque des équipement lourds sont acheminés sur des routes recouvertes d’une fine couche de graviers sur une sous couche molle [Richardson, 1998]. La sous couche se déforme et le géotextile suit cette

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déformation par des déformations locales. Si le géotextile n’est pas flexible les déformations conduiront à des sur contraintes entraînant la rupture du géotextile. Le géotextile n’est plus alors capable de remplir ses fonctions de séparation ou de renforcement. La figure 5 montre un exemple de contrainte sur un géotextile causée par le versement de matériaux de grand diamètre sur un sol mou. La déformation de la sous couche sous l’effet du poids des matériaux d’apport entraîne des contraintes locales dans le géotextile non tissé utilisé comme séparateur. Le géotextile était dans ce cas un non tissé thermolié avec une flexibilité insuffisante pour supporter ces grandes déformations de la sous couche.

Figure 5 :géotextile avec rupture en déformation causée par le trafic [Khay, 2002]

1.2.5 Rupture des fibres Les ruptures des fibres interviennent lorsque des matériaux tranchants agissant comme des couteaux coupent les fibres des géotextiles. Ce mécanisme est courant si les matériaux tranchants coupent un géotextile en appui sur un support rigide et ceci surtout dans le cas de géotextiles tissés, de géogrilles ou de bandes de renforcement. Les fibres dans ces géotextiles sont relativement fines et peuvent être facilement coupées ceci réduisant leur résistance [Cancelli et al., 2000]. Les géogrilles et les bandes sont souvent revêtues (par du PVC) ce revêtement réduisant la sensibilité à la coupure et donc les pertes de résistance. La figure 6 montre un exemple de coupure de fibres dans une bande en polyester. La bande dans ce cas était recouverte de matériaux tranchants.

Figure 6 :coupure de fibres sur une géogrille en polyester [Brady et col 1994]

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1.2.6 Déchirure

Figure 7 :géotextile endommagé en déchirure [SINTEF, 1997] La déchirure apparaît lorsque le géotextile est sujet à des forces de déchirement tendant à le vriller. Le déchirement est un mécanisme qui apparaît lorsque le géotextile a été préalablement endommagé par un autre mécanisme comme des ruptures en contrainte ou des coupures de fibres entraînant une propagation de la déchirure et une sur contrainte sur les fibres restantes. La figure 7 montre un exemple de déchirure d’un géotextile non tissé aiguilleté qui apparaît lors de l’extraction.

1.3. Essais de laboratoire Le besoin de déterminer la propension à l’endommagement de différents types de géotextiles a conduit à développer des méthodes d’essai de laboratoire. Comme nous l’avons mentionné précédemment le grand nombre de mécanismes d’endommagement et ceci en combinaison avec une grande variété de produits ont conduit au fait qu’une méthode d’essai unique ne pouvait pas répondre au besoin. Il y a des méthodes d’essai qui à la fois dans leur dénomination et dans leur contenu sont supposées couvrir les aspects de l’endommagement à l'installation. Il est de bon aloi de dire qu’il reste encore beaucoup de travail avant qu’une bonne corrélation entre essai de laboratoire et expérience in situ soit trouvée. Les types d’essais sont divisés en essai index et essai de performance. Les essais index donnent les propriétés générales du produit seul. Ces propriétés peuvent par expérience être reliées à des endommagements. Les essais de performance sont supposés donner des informations sur le comportement du géotextile in situ. Dans ce chapitre nous allons présenter quelques tests qui sont adéquats pour l’évaluation de l’endommagement. Nous essayerons de relier les différents essais avec différents types d’endommagement.

1.3.1 Essais index Il y a de nombreux essais index qui peuvent être utilisés pour déterminer les propriétés des géotextiles en relation avec l’endommagement. Dans la suite nous allons voir ces essais et leurs extensions qui contribuent à l’évaluation des endommagements. Masse surfacique La masse surfacique peut être déterminée par des essais normalisés tels que EN 965. L’essai est applicable à tout type de géotextiles. De nombreuses études [SINTEF, 1997, Koerner et al., 1990, Watts et al., 1994, Brau, 1996] ont montré une corrélation entre la masse surfacique et

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l’endommagement. La masse surfacique indique concrètement la masse de polymère dans une surface unitaire. Un grande masse surfacique suggère une plus grande densité et donc un effort plus important pour rompre le matériau. Dans certains pays une valeur minimale est demandée (pour des fonctions de séparation). Il est à noter que la masse surfacique n’est pas un critère suffisant pour comparer différents géotextiles entre eux. Le type de fibres, la technologie de fabrication sont également des éléments important [Troost et al., 1990]. La corrélation est en générale limitée à des mêmes familles de produits. En tout état de cause la masse surfacique ne peut pas être le critère unique pour l’évaluation de la résistance à l’endommagement. Epaisseur La détermination de l’épaisseur peut se faire sous contrainte où non en utilisant la norme EN 964-1. L’essai est applicable à tout type de géotextiles. Comme pour la masse il y a une relation entre l’épaisseur et la résistance à l’endommagement [Chew et al., 2000, Bonaparte et al., 1998]. L’épaisseur est spécialement adéquate pour l’abrasion. Néanmoins il y a une variabilité suivant le type de produits et il est difficile d’établir une relation générale. Essai de traction bandes larges Les essais de traction sont généralement effectués dans le sens machine et dans le sens travers en utilisant la norme EN ISO 10319. L’essai est applicable à tout type de géotextiles. L’essai peut être utilisés pour déterminer la relation force déformation et aussi pour calculer d’autres paramètres tels que l’énergie, l’énergie à un déformation donnée [SINTEF, 1997, Nancey et al., 2001]. Comme nous le reverrons plus loin il y a une relation entre les caractéristiques en traction et la résistance à l’endommagement. Il est également à noter qu’il y a une relation entre produits du même type mais qu’on ne peut pas l’utiliser pour comparer des produits de types différents. Les essais de traction peuvent être utilisés pour évaluer les dommages après installation. Il est à noter que la détermination de facteurs de réduction de la résistance en traction doit de préférence être issue d’essais sur bandes larges afin d’avoir une bonne représentativité des ces facteurs [Brady et al., 1994]. Grab test Le grab test est réalisé selon la norme ASTM D 4632. Le grab test est utilisé pour des essais rapides et bon marché. Comme pour les essais sur bandes larges les résultats des grab tests peuvent être utilisés pour indiquer la résistance à l’endommagement des produits [Christopher et al., 1998]. Résistance à la déchirure trapézoïdale La déchirure trapézoïdale est réalisée selon la norme ASTM D 4533. L’essai détermine la force nécessaire pour propager une déchirure dans un géotextile tissé ou non tissé [Christopher et al., 1998]. Dans les travaux de normalisation européenne ce type d’essai a été abandonné. La raison est qu’il n’y a pas de corrélation entre les résultats de ces essais et le comportement in situ. Résistance à l’éclatement La résistance à l’éclatement peur être déterminée selon les normes prEN 14151 ou ASTM 3786. Cet essai mesure la résistance à la rupture due à une déformation perpendiculaire au plan du produit [Christopher et al., 1998].

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Résistance à l’abrasion La résistance à l’abrasion est déterminée par la norme EN ISO 13427. Cet essai mesure la résistance à l’endommagement due à un bloc glissant. Les résultats [Müller Roccholz, 1996], montrent une bonne corrélation entre cet essai et les résultats obtenus avec un tambour rotatif contenant du basalte. Néanmoins la corrélation avec le comportement in situ reste discutable. Résistance au poinçonnement Cet essai peut être considéré comme étant le plus direct pour simuler la résistance des géotextiles soumis à des déformations. L’essai de poinçonnement mesure la force maximum nécessaire à la perforation du produit. Un géotextile avec une force à rupture importante aura une résistance au poinçonnement importante. La force de tension développée par le géotextile est une fonction de la force vertical développée le long de l’axe du poinçon [Cazzuffi et al., 1986]. Par conséquent en mesurant la force développée dans le poinçon la résistance au poinçonnement du géotextile peut être mesurée. La résistance à la perforation peut être effectuée selon EN ISO 12236 (poinçonnement CBR) ou selon ASTM D 4833 (poinçonnement pyramidal). Ces essais sont applicables aux géotextiles tissés ou non tissés. Les résultats de ces essais peuvent être utilisés pour déterminer la résistance à l’endommagement des géotextiles soumis à des contraintes. L’essai le plus couramment pratiqué est le CBR. Des recherches ont été conduites sur le poinçonnement CBR, et les résultats d’essais montrent une bonne corrélation entre le poinçonnement CBR et l’essai de traction sur bandes larges [Cazzuffi et al., 1986, Murphy et al., 1988, Moritz et al., 1982]. Chute de cône Les essais d’impact quantifient la résistance des géotextiles aux endommagements en mesurant l’effet d’un impact. L’essai est réalisé suivant la norme EN 918 appelé également chute de cône. L’essai chute de cône modifié suit le même principe mais est modifié en augmentant la hauteur de chute afin de tester des géotextiles plus épais et plus résistants [Lawson, 1992]. L’essai sur mouton pendulaire est un autre essai dynamique moins utilisé. Cet essai mesure l’énergie nécessaire pour pénétrer et rompre le géotextile selon l’un des trois types de rupture spécifié. Cet essai est inspiré du test de d’impact de Spencer [Koerner et al., 1997]. Ces essais sont plus adaptés aux géotextiles non tissés et à quelques types de géotextiles tissés. Il y a beaucoup de données expérimentales sur ces types d’essais et beaucoup de tentatives de corrélation de ces résultats avec les données in situ. Une corrélation empirique a été établi [SINTEF, 1997]. Néanmoins pour des conditions in situ plus variées des essais de performance sont recommandés.

1.3.2 Essais de performance Les essais de performance liés aux endommagements sont censés fournir des informations directement reliées aux applications des géotextiles. En générale les essais de performance sont des répliques des conditions in situ.

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Essai de laboratoire simulant l’endommagement lors de l’installation

Figure 8 :boite d’essai ENV 10722-1 [Greenwood, 1998]

Dans la normalisation européenne deux items de travail ont été identifié pour développer des méthodes d’essai pour simuler les endommagements à l’installation. Ce travail est divisé en deux parties, l’installation entre matériaux granulaires et l’installation sur sol mou. L’essai d’installation entre matériaux granulaire est l’ENV 10722-1 et nécessite l’utilisation d’une boite rigide de 350 mm x 350 mm x 155 mm. (figure 8) Le géotextile est placé entre deux couches d’agrégat artificiel (oxyde d’aluminium) et est soumis à un chargement cyclique. A la fin de l’essai les éprouvettes de géotextiles sont extraites et les dommages sont évalués visuellement et par essais de traction sur bandes larges. Cette méthode a été à l’origine développée en France pour évaluer l’endommagement des géotextiles de renforcement et elle est maintenant applicable à tout type de produits. Des expériences avec cette méthode d’essai [Cazzuffi, 2001, Greenwood, 1998, Khay, 1998], montrent qu’il existe une corrélation entre ces essais et le comportement in situ. Néanmoins cette corrélation n’est pas unique, une bonne résistance lors du test indique que l’on a une bonne résistance in situ. Le contraire n’est pas vrai. Cet essai semble plus approprié pour déterminer la résistance à l’abrasion et à la coupure des fibres. Par conséquent les résultats doivent être utilisés avec précautions.

1.4. Essais sur le terrain L’évaluation de la résistance aux endommagements basée sur des essais en laboratoire et spécialement sur des essais index peut être difficile. L’évaluation doit être relativement conservatrice dans son approche. Si une approche moins conservatrice ou si les conséquences des dommages peuvent être grave, des essais spécifiques sur site doivent être conduits. Ceci est particulièrement vrai dans le cas du renforcement. Les essais sur site sont généralement spécifiques au site, mais des recommandations pour l’installation et l’extraction des éprouvettes de planches d’essais ont été développées [Bush, 1998, Watn et al. 1990]. Les dommages visuels sont classés en terme de trous, coupures…et convertis en nombres par mètres carrés. En se basant sur ces recommandations des normes nationales ont été développées (BS 8006 annexe D, ASTM D 5818).

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BS 8006 annexe D Les recommandations de la BS 8006 annexe D sont relatives à la détermination des matériaux ou des facteurs de réduction à l’endommagement pour les renforcements de sols. L’approche utilisée dans ces recommandation est le suivante : - placer les renforcements sous des matériaux d’apport dont le grade est conforme aux limites des

Specifications for Highway Works [Department of Transport, 1993] et les compacter en accord avec cette spécification,

- extraire les renforcements et mesurer leur résistance à la traction et leur rigidité - quantifier toute perte de propriétés dues à la mise en œuvre. Les essais sur site consistent en neuf planches de 3,5 m x 3,5 m. Les géotextiles sont installés et compactés avec trois types différents de matériaux d’apport, et trois degrés de compactage. Après l’installation les géotextiles sont extraits, examinés testés et leurs propriétés sont comparées aux propriétés initiales. Pour l’examen visuelles endommagements sont classés en quatre catégories, abrasion, coupure, délaminage. La méthode décrite dans la BS 8006 donne des recommandations satisfaisantes pour l’installation et le compactage. Néanmoins il subsistent des lacunes pour la sélection des éprouvettes d’essai de traction et pour la détermination des facteurs partiels de réductions [Austin, 1998]. Les essais sur site sont une bonne pour l’évaluation des endommagements. Cependant ces essais prennent du temps, sont coûteux et dépendent des conditions dans lesquelles ils ont été mis en œuvre.

2. Fluage et relaxation Le comportement à long terme des géotextiles est également influencés par leurs propriétés en fluage et relaxation. De nombreux auteurs ont tenté de modélisé ce comportement à long terme. Plusieurs approches existent parmi lesquelles le comportement en fluage des fibres constituant le géotextile, ou bien encore le comportement global du produit. Typiquement les courbes de fluage sont telles que présentées sur la figure 9 [Seeger et al., 2002]. Après une première phase de décroissance de la vitesse de fluage on arrive sur un plateau plus ou moins long suivant la nature chimique le degré de polymérisation....du produit. Tout au long de ce plateau la vitesse de fluage est constante. Arrive alors la troisième partie du graphique où se produit une augmentation de la vitesse de fluage et ceci jusqu'à rupture du matériau. Ce type de comportement peut être modifié et accéléré si l’on superpose au phénomène de fluage une autre action environnementale telle que l’humidité et la température les UV....

Figure 9 :fluage (ε) et vitesse de fluage (ε) en fonction du temps

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Suivant le type de matériaux plusieurs approches peuvent être envisagées pour modéliser le fluage. Dans tous les cas on cherche par des essais à court terme à définir le fluage que subira le matériau pendant sa durée de service. Pour cela on utilisera différents facteurs d’accélération. Les principaux facteurs d’accélération sont :

- des contraintes plus élevées que la contrainte moyenne d’utilisation, - des températures plus élevées, - des déformations plus importantes - .... ;

2.1. Quelques méthodes de modélisation du fluage des polymères Nous allons présenter ci dessous quelques méthodes couramment utilisées pour modéliser le fluage des polymères. Cette liste de méthode n’est bien entendue pas exhaustive. La forme de l’équation la plus utilisée pour le fluage des matériaux est la suivante :

Déformation totale = Déformation initiale + constante x fonction du temps Cette équation peut être traduite par :

ε(t) = ε0 + b.log (t) (1) Cette équation linéaire ne s’applique pas à tous les matériaux. Certains auteurs choisissent alors d’appliquer une loi exponentielle pour exprimer le fluage ([Kabir 1984]).

ε(t) = ε0 + εttn (2) où ε0 est la déformation initiale et εt est la déformation à t = 1. Une autre approche consiste en une modélisation rhéologique [Badani, 1980, [Rochholz, 1990] intéressante dans la mesure où l’on peut en déduire des paramètres utilisables en calcul numérique par la méthode des éléments finis. Il faut définir une modèle qui puisse représenter le fluage dans sont principe, c’est à dire :

- une réponse quasi élastique représentée par un ressort (Ke), - un écoulement viscoélastique représenté par un élément de Kelvin Voigt pour la phase de fluage primaire (Kp et Cp), - un écoulement visqueux représenté par un amortisseur pour la phase de fluage secondaire (

Cs) ;

La loi de fluage associée s’écrit alors :

( ) tCs

eKpKe

tt

CpKp

σσσε +

−+=

−

1 (3)

De nombreuses autres méthodes de fluages ont été développées parmi lesquelles nous pouvons citer celle développée par Mir Arabchahi (1985) basée sur une suite de droite isochrones, ou bien le principe Cole-Cole [Cole, 1941] basé sur une modélisation rhéologique de données expérimentales obtenues par spectrométrie mécanique.

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Figure 10 :modélisation du fluage [Badani 1980]

2.2. Dernières tendances dans la modélisation du fluage La température est souvent utilisée comme accélérateur des phénomènes de fluage [Baras, 2002]. Un accroissement de la température accélère le comportement en fluage des géotextiles. Des températures élevées associées aux méthodes de superposition temps température (STT) utilisées selon le principe de Willian Landel et Ferry (WLF) [William et al., 1955], sont utilisées pour réduire la durée des essais. Le principe de ces essais est donné sur la figure 11

Figure 11 :courbe maîtresse obtenue à partir du glissement de courbes d’essais à court terme

Une variante du principe de superposition temps température est la méthode SIM (Stepped Isothermal Method) où Méthode isothermique par palier développée par Thornton (2002). Dans cette méthode, extrapolée du principe de superposition temps température, l’incertitude liée au glissement des courbes d’essais à court terme ( une contrainte, une température, une éprouvette) dépendent de l’homogénéité du matériau, est résolue. En effet une seule éprouvette est utilisée. Un essai SIM se déroule comme suit. Une éprouvette est soumise à une contrainte de fluage à une température de référence. La déformation engendrée par le fluage est mesurée. A la fin de l’essai la température est immédiatement augmentée pour passer à un palier supérieur. On mesure alors la déformation correspondante, puis on augmente à nouveau la température et ainsi de suite jusqu'à obtenir la courbe maîtresse désirée.

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Figure 12 :courbe maîtresse SIM à 20°C pour un géotextile en polypropylène

La figure 13 nous présente une comparaison entre la méthode SIM et une méthode plus conventionnelle. On note une bonne concordance des résultas.

Figure 13 :comparaison courbe de fluage méthode SIM - méthode conventionnelle

3. Résistance à l’oxydation Le comportement à long terme des géotextiles dépend également de leurs résistance à d’autres facteurs tels que les UV, l’oxydation, le pH des sols en contacts, leur résistance à des agents chimiques ... Pour illustrer le sujet, nous pouvons prendre l’exemple de la résistance à l’oxydation des polyoléfines Les polyoléfines sont formées de longues chaînes de molécules, ces longues chaînes sont particulièrement sensibles à l’oxydation qui provoque des ruptures de chaînes et par conséquent une chute des propriétés mécaniques. Pour endiguer ce phénomène les polyoléfines doivent être stabilisées avec des antioxydants .Van Den Burg [Van Den Burg et al., 2002], a mise en évidence les pertes de propriétés mécaniques que l’on pouvait avoir sur des géotextiles sans antioxydants lorsqu’ils sont soumis à l’oxydation suivant la norme prEN 13438 de 1998. Les résultats de ces essais sont présenté dans le tableau x. La norme prEN 13438 prévoit d’avoir 50% de résistance résiduelle au bout de 28 jours d’oxydation. Certains produits sans antioxydant ne conserve que 8% de résistance résiduelle au bout d 14 jours et un produit sur les cinq testés est au dessous de 50% à 28 jours. Les mêmes essais effectués sur des produits contenant des antioxydant (tableau 1) montrent l’efficacité de ce type d’additifs. (environ 100% de résistance résiduelle après 56 jours

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d’oxydation).

Tableau 1 :résultats d’essais de traction après oxydation

4. Conclusion Les endommagements subits par les géotextiles et les conséquences de ces endommagements sont des facteurs jouant un rôle important quant à la possibilité qu’ont les géotextiles de remplir leurs fonctions. Les mécanismes d’endommagement sont liés aux conditions de mise en œuvre des matériaux sur site. De nombreuses méthodes d’essais en laboratoire peuvent fournir de précieuses informations pour évaluer les dommages. Néanmoins des planches d’essais sur site sont le meilleurs moyen d’évaluer les endommagements. En l’absence d’essais sur site une combinaison des caractéristiques du produit et des résultats d’essais de laboratoire restera la meilleur option pour déterminer l’endommagement. Les autres facteurs influant sur la durée de vie du produit sont d’une part le comportement en fluage et d’autre part l’action de divers éléments extérieurs tels que les UV, l’oxydation le pH, la température. De nombreuses études ont cherché à modéliser ces phénomènes afin de pouvoir déterminer à partir d’essais accélérés le comportement à long terme des géotextiles. La combinaison de tous ces éléments (endommagement à l’installation plus comportement dans le temps) permettra de prévoir une durée de vie pendant laquelle les géotextiles pourront assurer les fonctions pour lesquelles ils ont été utilisés. Le chemin permettant de définir cette durée d’utilisation est encore long, mais tout les jours on en apprend un peu plus sur ces produits.

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