Stabilisation innovante des terrains marécageux par des matériaux recyclés et bio ingenierie

SECTION 2 : Les débris de béton recyclé dans la stabilisation des sols

t t é é l

2.1. Contexte général

Le secteur du bâtiment et des travaux publics (BTP) génère à lui seul environ 70 % des déchets solides dans le monde industrialisé (OCDE, 2022). Parmi ces déchets, les gravats de démolition et en particulier le béton concassé représentent une source massive de matière recyclable.

Ces débris après traitement peuvent être valorisés comme :

- Granulats recyclés pour bétons non structurels, - Couche de fondation routière,

- Stabilisant pour sol mou ou instable,

- Remblai technique.

Cette valorisation s'inscrit dans une logique d'économie circulaire, en réduisant l'extraction de granulats naturels et en limitant les dépôts sauvages.

2.2. Composition et typologie des débris de béton

Le béton est un matériau composite, constitué de granulats en 70 à 80 %, de pâte de ciment hydraté, d'eau et parfois d'adjuvants.

Lorsque ce béton est démoli, ses fragments contiennent :

Composant

Granulats (naturels)

Pâte de ciment hydratée

Pourcentage typique

60-70 %

20-30 %

Rôle dans le sol

Squelette granulaire - portance

Effet liant secondaire, stabilisation

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Fines de démolition	5-10 %	Remplissage, influence perméabilité	sur	la
Ferraillage résiduel	< 2 %	À trier lors du concassage

Tableau 6 Composition moyenne des débris de béton recyclé -(adapté de Hofmann & Müller, 2018)

Figure 4 : Exemple de béton concassé prêt à être utilisé 2.3. Propriétés géotechniques du béton recyclé

Le béton recyclé est granulaire, mais présente une texture rugueuse et une porosité plus élevée que les granulats naturels. Ses principales propriétés géotechniques sont :

Propriété

Densité sèche (ñd)

Porosité (n)

Angle de frottement interne (ö)

Cohésion (c)

Valeur typique

1800 à 2100 kg/m³

20 à 30 %

35 à 45°

5 à 25 kPa (si compacté)

Utilité géotechnique

Bonne compacité

Drainage et respiration du sol

Stabilité en talus

Liant partiel avec la matrice naturelle

Figure 5 : Schéma de production du béton recyclé

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Perméabilité (k)	10^-4à 10^-5m/s	Permet contrôlée	une	infiltration

Tableau 7 : Propriétés géotechniques typiques du béton recyclé (Siddique & Naik, 2020;
Eurocode 7,2004)

Avec n = (1 - 1)d1

1)) x 100

? pd : densité sèche du béton concassé

? ps : densité des grains (environ 2500 kg/m³ pour béton)

2.4. Techniques de traitement et transformation

Avant d'être utilisé, le béton recyclé subit plusieurs étapes de traitement :

1°) Tri des déchets de démolition (enlèvement bois, plastiques, ferraille)

2°) Concassage primaire, puis secondaire

3°) Tamisage pour calibrer les granulométries 4°) Stockage à sec ou traitement hydraulique

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2.5. Avantages dans la stabilisation des sols

L'intérêt d'utiliser du béton recyclé dans la stabilisation des sols réside dans sa capacité à améliorer la portance, sa texture rugueuse favorable à l'adhérence ainsi que sa perméabilité modérée utile en sol marécageux :

- Effet drainant ? prévient l'accumulation d'eau dans les sols ;

- Réduction du gonflement des argiles grâce à l'alcalinité résiduelle ; - Augmentation de la portance CBR du sol ;

Le California Bearing Ratio (CBR) d'un sol argileux peut passer de 4 % à 15 % après stabilisation par béton concassé (Siddique et al., 2020).

- Coût réduit (disponibilité locale en zone urbaine).

2.6. Limites et précautions d'usage

a. Limites

? Variabilité du matériau ;

? Présence de chlorures ou sulfates ? risque chimique pour les sols ; ? Effritement sous chargement répété s'il n'est pas bien compacté.

b. Recommandation

Toujours combiner le béton concassé avec un protocole de compactage normalisé (Proctor ou VBS) pour éviter les tassements différentiels.

2.7. Cas d'application : sols hydromorphes

Dans le cas d'un sol hydromorphe comme celui de Londo à Butembo, le béton recyclé permet de :

- Créer un matelas drainant en fond de couche ;

- Amender la texture du sol (sol fin + gravats) ;

- Limiter l'infiltration permanente vers les nappes souterraines ;

- Préparer le sol à recevoir un végétal dans une approche de bio-ingénierie (cf. Section

3).

L'utilisation des débris de béton recyclé s'inscrit pleinement dans les stratégies durables du BTP. Ce matériau, longtemps considéré comme un rebut, devient un vecteur de stabilisation écologique et économique des sols à faible portance. Il offre de nombreux

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avantages structurels à condition de respecter un tri sélectif, un concassage calibré, et une application adaptée au contexte géotechnique.

Il constitue un complément pertinent aux matériaux végétalisables, et sa combinaison avec les pneus ou la bio-ingénierie (Section 4) représente une innovation à fort potentiel.

Section 3 : Développement de la bio-ingénierie dans la stabilisation des sols

3.1. Introduction générale à la bio-ingénierie des sols

La bio-ingénierie des sols, également appelée ingénierie écologique, constitue une discipline innovante au sein du génie civil contemporain. Elle se définit comme l'ensemble des techniques qui utilisent des matériaux vivants (essentiellement des plantes) et leurs structures (racines, tiges, rhizomes) souvent combinés à des éléments inertes (géotextiles, bois, pierres, grillages), dans le but de stabiliser les terrains, prévenir l'érosion et favoriser la régénération des milieux dégradés (Gray & Sotir, 1996 ; Schiechtl & Stern, 1996).

Contrairement aux techniques traditionnelles de stabilisation comme par exemples les murs en béton armé, gabions, enrochements, béton projeté ; la bio-ingénierie propose une alternative plus souple, intégrée et durable. Elle présente un triple avantage : écologique (préservation de la biodiversité, amélioration du microclimat), économique (coût réduit de mise en oeuvre et d'entretien) et social (acceptabilité par les populations locales, esthétique paysagère).

Dans le contexte des sols marécageux de la cellule Londo à Butembo, caractérisés par une forte humidité, une portance faible et une vulnérabilité accrue aux inondations, la bio-ingénierie représente une solution hautement pertinente. Elle répond aux défis locaux en limitant l'impact environnemental tout en assurant une stabilité progressive du sol.

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Figure 6 : (a) et (b) Illustrations des interactions entre les plantes et le sol dans le cadre de la bio-ingénierie.

3.2. Principes techniques de la bio-ingénierie des sols

3.2.1. Mécanismes d'action

Les plantes utilisées dans la bio-ingénierie agissent à plusieurs niveaux :

- Action mécanique directe des racines : les systèmes racinaires renforcent le sol par ancrage et cohésion. Cela s'apparente à un "armement biologique" du sol.

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- Drainage biologique : certaines espèces (comme le vétiver ou le papyrus) favorisent l'assèchement naturel par évapotranspiration.

- Réduction de l'érosion : la couverture végétale atténue l'impact des gouttes de pluie, réduit le ruissellement et stabilise la couche arable.

Figure 7 : Schéma des mécanismes d'action des plantes sur la stabilisation des sols. 3.3. Avantages et inconvénients des techniques bio-ingénieriques

Tableau 3.1 : Avantages

Avantages

Réduction des coûts de construction

Intégration environnementale

Auto-régénération du système végétal

Commentaire

Matériaux disponibles localement (plantes, terre, bois), peu de machinerie lourde

Conformité aux objectifs du développement durable

Les systèmes biologiques se développent et s'adaptent avec le temps

Pd = V

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Amélioration microclimat	de	la	biodiversité	et	du	Favorise le retour de la faune et de la flore indigène

Tableau 8 : Avantages des techniques bio-ingénieriques. Tableau 3.1 : Inconvénients

Inconvénients

Délai de mise en oeuvre

Efficacité variable selon les espèces choisies et le climat local

Nécessite un suivi et un entretien régulier

Moins adapté aux zones fortement urbanisées ou très pentues sans renforcement

Commentaire

Nécessite un temps de croissance des végétaux

Choix des plantes doit être adapté au site (climat tropical, niveau de nappe)

Désherbage, replantation possible, surtout au début

Parfois nécessite une hybridation avec des techniques classiques

Tableau 9 : inconvénients des techniques bio-ingénieriques

3.4. Paramètres géotechniques à intégrer dans la conception bio-ingénierique

Pour qu'une solution bio-ingénierique soit efficace, elle doit s'appuyer sur les paramètres géotechniques du sol. Les formules ci-dessous permettent d'évaluer la capacité portante et la stabilité :

a. Teneur en eau (W)

MhMS

w = x 100

M_S

Avec :

· Mh = masse humide

· M_S = masse sèche

b. Densité sèche (ñd)

M_S

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Avec :

· M_s =masse sèche

· V =volume de l'échantillon

c. Porosité (n)

~~

~ = 1 -

P_s

Avec :

· p_s= densité des particules solides (généralement 2,65g/cm³ pour les sols silteux/argileux)

d. Cohésion racinaire (Cr)

Inspirée des recherches de Wu et al. (1979) :

Avec :

Cr = Tr ·

(^Ar) ~~

· T_r= résistance au cisaillement des racines

· Ar surface racinaire

· A_t = surface totale

3.5. Plantes adaptées à la bio-ingénierie en climat tropical humide

Espèce

		Rôle principal		Remarques		Image
							Vetiveria zizanioides
		Drainage, stabilisation racinaire		Tolère humidité extrême, croissance rapide			Pennisetum purpureum (herbe à éléphant)
		Protection contre l'érosion		Haute biomasse, couverture rapide du sol

Les terrains saturés et instables, comme ceux rencontrés à Londo (Butembo), exigent des solutions économiques, facilement applicables et respectueuses de l'environnement.

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Typha australis

Cyperus papyrus

Assèchement et

filtration naturelle

Fixation en terrain inondé

Utilisée dans les zones humides,

marécageuses

Forte densité racinaire, bon pour berges et zones marécageuses

Tableau 10 : Espèces végétales adaptées à la bio-ingénierie en climat tropical humide. 3.6. Perspectives et intégration en génie civil

Dans les projets de génie civil en milieu humide comme à Londo, la bio-ingénierie doit être intégrée dès la phase de conception :

? En prémisse aux travaux classiques pour consolider le terrain ;

? En complément des solutions techniques conventionnelles (ex. : géotextiles, drainage contrôlé) ;

? En entretien durable post-construction (protection des talus, régulation hydrique, prévention de l'érosion).

Section 4 : Combinaison de matériaux recyclés avec la bio-ingénierie

4.1. Introduction générale

L'innovation dans la stabilisation des sols marécageux passe aujourd'hui par une intégration réfléchie entre matériaux recyclés et techniques de bio-ingénierie. Cette approche hybride, qui associe le potentiel structurel des matériaux tels que les pneus usagés et les débris de béton à la fonction écologique et mécanique des plantes comme le papyrus, le vétiver ou l'herbe à éléphant, ouvre une nouvelle voie en génie civil durable.

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L'assemblage manuel de pneus usagés, combiné à la plantation de végétaux à forte capacité de fixation et de transpiration, répond à ces exigences, tout en valorisant des déchets souvent négligés.

4.2. Justification du choix technologique

· Les pneus usagés non broyés, disposés manuellement en couches compactées, offrent une structure flexible, résistante à l'humidité et à la déformation.

· Les végétaux sélectionnés (vétiver, papyrus, herbe à éléphant) assurent une fixation racinaire profonde et une régulation hydrique du sol.

· L'approche manuelle permet une adaptation aux moyens locaux, sans besoin de machinerie lourde.

Figure 8 : : Disposition des pneus en nappe horizontale

4.3. Méthode d'assemblage

· Mise en place manuelle des pneus en nappe horizontale

· Remplissage de terre stabilisée ou débris de béton recyclé dans chaque pneu

· Compactage avec pilon manuel

· Plantation des végétaux dans les interstices

· Arrosage contrôlé et suivi de croissance

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Figure 9 : : Plantation de vétiver entre les pneus remplis de sol compacté 4.4.Principe d'interaction des pneus non broyés et de la végétation

Les pneus usagés entiers, disposés selon une trame de type alvéolaire, jouent un rôle de renfort par confinement latéral et dissipation de l'énergie. Une fois remplis de sol compacté manuellement, ils deviennent des unités semi-rigides à haute capacité portante.

Le modèle mécanique simplifié de cette interaction peut être exprimé par :

où :

6adm =

Nf Seff

- Gadm : contrainte admissible augmentée (kPa)

- Nf : force de frottement latéral (kN) - Seff : surface effective de base (m²)

4.5. Comportement mécanique global

L'interaction entre les pneus et les racines des plantes induit une augmentation de la cohésion apparente du sol. Le modèle simplifié d'amélioration de la résistance est exprimé par :

Ce f f = C_o + _OCpneus + OCraCines ? c_o: cohésion initiale du sol

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· Ocpneus: effet de confinement et de friction interne des pneus

· Ocracines: contribution mécanique des racines profondes

4.6. Tableau comparatif des composants

Élément

	Rôle principal			Avantage spécifique	Pneus usagés Vétiver Papyrus Herbe à éléphant
	Confinement latéral Stabilisation verticale Drainage et stabilisation Couverture et fixation			Réutilisation de déchets, faible coût Racines profondes, croissance rapide Évapotranspiration élevée Densité racinaire élevée, esthétique

Tableau 11 : Caractéristiques comparées des matériaux recyclés et végétaux intégrés. 4.7. Formulation de la capacité portante

La capacité portante du sol amélioré peut être modélisée avec la formule de Terzaghi modifiée :
q_u = ce!!Nc + _yD!Nq + 0.5yBN_y

Équation 1 Formule adaptée ici pour estimer la portance du sol renforcé par pneus compactés et
enracinement végétal

où :

· q_u: pression admissible du sol amélioré

· ce!!: cohésion effective améliorée

· y: poids volumique du sol

· D!: profondeur de la base de l'élément stabilisateur

· B: largeur de l'élément stabilisateur

· N_c, N_q, N_y: coefficients de portance dépendant de l'angle de frottement interne du sol. Les valeurs de N_c, N_q et N_y sont en annexe.

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Conclusion partielle

Ce premier chapitre a permis de poser les bases théoriques et techniques nécessaires à la compréhension de notre démarche innovante de stabilisation des sols marécageux. Nous avons exploré d'une manière générale la problématique des déchets solides, notamment les pneus usagés et les débris de béton, tout en analysant leur potentiel de réutilisation dans une logique d'économie circulaire.

L'approche par bio-ingénierie, ensuite détaillée, s'est révélée particulièrement adaptée aux environnements instables tels que les zones humides, en raison de son caractère écologique, économique et durable. Enfin, la combinaison entre matériaux recyclés et techniques bio-ingénieriques ouvre la voie à une solution novatrice, applicable dans des contextes contraignants comme celui de la cellule Londo.

Ces fondements théoriques permettent d'aborder avec rigueur et cohérence le chapitre suivant, qui exposera de manière détaillée la méthodologie mise en oeuvre pour stabiliser de manière efficace et durable le sol marécageux de notre zone d'étude à Butembo.

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