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

CHAPITRE II : METHODOLOGIE DE STABILISATION DU SOL MARECAGEUX

DE LONDO

2.1. Introduction

Dans un contexte urbain en pleine croissance comme celui de la ville de Butembo, assurer la stabilité des sols avant toute mise en oeuvre d'ouvrages d'infrastructure constitue un impératif pour la sécurité des constructions et la durabilité de l'aménagement du territoire. Le présent chapitre s'inscrit dans le cadre d'un projet innovant de stabilisation des sols marécageux de la cellule Londo, située au centre-ville de Butembo, en vue de rendre ce terrain apte à recevoir ultérieurement des constructions à grande charge, après une période d'observation et d'évaluation.

En l'absence de laboratoire géotechnique, l'étude s'appuie sur une démarche méthodique, cohérente avec les fondements du génie civil. Elle combine des observations de terrain, des essais élémentaires, des calculs déductifs simples et des principes issus de la mécanique des sols. L'objectif n'est pas de reproduire une campagne géotechnique classique, mais de démontrer la faisabilité d'une stabilisation efficace, économique et reproductible, accessible aux populations locales.

Pour caractériser le sol, nous avons distingué les paramètres de nature (granulométrie, argilosité, poids volumique des grains solides) et les paramètres d'état (teneur en eau, porosité, indice des vides, etc.), évalués à partir de données issues de prélèvements réalisés sur le terrain. L'approche repose sur une logique d'observation structurée, sans laboratoire, mais sans s'éloigner des standards de la discipline.

Ce chapitre détaille donc, section par section les matériaux employés, la méthodologie appliquée, les configurations proposées pour la mise en oeuvre ainsi que les considérations pratiques et économiques pour assurer à la fois la faisabilité, la reproductibilité et la durabilité de cette solution dans d'autres zones similaires à Butembo.

2.2. Matériels et méthodes

Dans le cadre de cette étude expérimentale menée sur un terrain marécageux situé au centre-ville de Butembo, plus précisément dans la cellule de Londo, une démarche rigoureuse et progressive a été adoptée pour démontrer l'efficacité d'une méthode de stabilisation innovante, fondée sur l'intégration de matériaux recyclés et de la bio-ingénierie végétale. Cette section présente les matériaux utilisés et les étapes méthodiques suivies pour l'application sur

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le site d'expérimentation, ainsi que les techniques d'observation scientifique choisies pour en évaluer la performance.

2.2.1. Description des matériaux mobilisés

a. Pneus usagés entiers

Le choix de pneus entiers non broyés répond à une logique de durabilité, d'économie et de valorisation des déchets urbains. Ces éléments, récupérés dans les garages et ateliers mécaniques de Butembo, sont employés comme éléments de stabilisation mécanique du sol. Leurs parois rigides permettent de créer une base souple mais résistante, agissant comme une plateforme drainante qui réduit la pression verticale sur le sol saturé en eau. Ce rôle d'amortisseur de contrainte permet d'atténuer les tassements et de réduire la déformation du sol sous charge (Humphrey & Sandford, 1993). En plus de leur fonction structurelle, ils assurent une redistribution plus homogène des charges vers le sol sous-jacent.

Figure 10: Pneus usagés avant leur mise en oeuvre

b. Sols de déblais du site

Les matériaux excavés lors de la mise à nu du site (terre argileuse, limoneuse ou sableuse selon les zones) sont réutilisés comme remblai entre les structures de pneus. Ils subissent un compactage manuel au fur et à mesure de leur dépôt afin d'assurer leur

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densification et d'éviter toute inclusion d'air ou de vide excessif. Ce remblai participe activement à la réduction de la porosité du sol et améliore la portance superficielle.

c. Plantes stabilisatrices sélectionnées

Le choix des espèces végétales s'est porté sur des plantes locales, adaptées aux milieux humides tropicaux, connues pour leurs racines à fort pouvoir d'ancrage et leur action stabilisatrice :

? Papyrus (Cyperus papyrus) : adapté aux zones inondées, il contribue à assécher partiellement le sol par évapotranspiration et crée une structure racinaire dense au voisinage immédiat de la surface (Muthuri et al., 1989).

? Vétiver (Chrysopogon zizanioides) : réputé pour ses racines verticales pouvant atteindre jusqu'à 3 mètres, il agit comme un treillis souterrain qui limite la dispersion du sol sous contrainte (Truong & Loch, 2004).

? Herbe à éléphant (Pennisetum purpureum) : ses rhizomes horizontaux stabilisent les couches supérieures du sol tout en facilitant la couverture végétale rapide, limitant l'érosion en surface.

2.2.2 Étapes méthodologiques de mise en oeuvre

a) Première étape : reconnaissance et nettoyage du terrain

Cette étape consiste à dégager la surface végétale spontanée, à identifier les zones les plus instables et à niveler le terrain selon une pente douce (1 à 2%) pour faciliter l'écoulement gravitaire des eaux de surface. Un quadrillage du site expérimental est ensuite effectué pour assurer un suivi rigoureux de chaque segment traité.

b) Deuxième étape : excavation contrôlée

Une excavation sur une profondeur de 40 à 50 cm est réalisée manuellement. Cette opération vise à retirer la couche superficielle instable et à préparer une assise mécanique plus homogène. La profondeur choisie permet également d'enterrer partiellement les pneus, évitant ainsi leur soulèvement.

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Figure 11 : Début excavation du sol arable c) Troisième étape : positionnement des pneus usagés

Les pneus sont disposés horizontalement dans l'excavation, en quinconce, de manière à couvrir toute la surface. Chaque pneu est posé à plat et les espaces interstitiels sont comblés avec les déblais préalablement triés (limons ou sable compacté). Le passage répété de dame manuelle permet de stabiliser l'ensemble.

Figure 12 : Pose de la nappe des pneus

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d) Quatrième étape : compactage et régularisation du niveau supérieur

Une couche supplémentaire de 10 à 15 cm de déblais est déposée au-dessus du réseau de pneus, puis compactée avec soin. Cette couche sert d'interface de contact entre la zone renforcée et le tapis végétal futur, assurant une bonne continuité mécanique.

e) Cinquième étape : implantation des espèces végétales

Les plants de vétiver, papyrus et herbe à éléphant sont disposés selon un motif triangulaire avec un espacement moyen de 40 cm. Ce choix permet d'assurer un recouvrement progressif du sol tout en favorisant un développement racinaire complémentaire. Les espèces sont arrosées de manière régulière pour assurer leur reprise.

Figure 13 : Plantation des vetivers entre-pneus 2.2.3 Méthode d'observation et d'évaluation

L'évaluation de la performance de cette solution de stabilisation ne se limite pas à une vérification visuelle. Elle repose sur une observation scientifique rigoureuse, permettant de tirer des conclusions fiables sur la durabilité et la pertinence de la méthode.

1°) Surveillance du tassement différentiel

Des piquets de repère sont implantés à des points fixes du site. À l'aide d'un niveau à eau ou à bulle, la hauteur de ces piquets par rapport à une référence stable est mesurée à intervalles réguliers (hebdomadairement puis mensuellement). Ces mesures permettent de détecter tout affaissement progressif ou irrégulier du terrain.

Le sol présente une teinte noirâtre caractéristique des terrains organiques saturés. Sa texture argileuse à plastique élevée, combinée à une forte rétention d'humidité, témoigne de la

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2°) Suivi de l'humidité et du comportement hydrique du sol

Des prélèvements ponctuels sont effectués pour mesurer la teneur en eau gravimétrique du sol. Cela permet d'évaluer la capacité du dispositif à évacuer ou retenir l'eau selon les saisons, et donc son efficacité contre la saturation.

3°) Évaluation du développement racinaire

Après plusieurs mois, des sondages manuels seront réalisés pour vérifier la profondeur et la densité des racines. Le degré d'ancrage des plantes est un bon indicateur de l'amélioration de la cohésion du sol.

4°) Analyse de la résistance au poinçonnement et à la portance

À l'aide de tests rudimentaires (enfoncement d'une tige sous une masse donnée, observation de la résistance au pas humain, etc.), la portance globale du sol est évaluée de manière empirique, mais répétée pour garantir la fiabilité.

L'ensemble de ces observations s'inscrit dans une logique d'évaluation progressive, en tenant compte des cycles climatiques locaux. Les données recueillies permettront de modéliser le comportement futur du terrain face à une mise en charge réelle, tout en anticipant les interventions nécessaires avant toute construction d'envergure.

2.3. Méthode de calcul et principes mécaniques retenus

L'étude présentée repose sur une démarche rigoureuse de caractérisation du sol marécageux de Londo en vue d'assurer sa stabilisation mécanique. Ce travail s'appuie sur des données réelles prélevées sur une parcelle de 3 mètres sur 4 mètres, située dans une zone sujette à l'engorgement et à la perte de portance. La méthode retenue vise à transformer un sol initialement impropre à la construction en un support capable d'accueillir des ouvrages de construction importants.

L'ensemble des paramètres géotechniques nécessaires à l'analyse de portance ont été calculés à partir de cinq échantillons représentatifs du sol. Ces données constituent la base scientifique de la stratégie de stabilisation mise en oeuvre.

2.3.1 Nature du sol et conditions de prélèvement

Cette mesure est conforme à la norme française NF P 94-050 (1995), et elle permet de déterminer le degré de saturation du sol.

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faible cohésion des grains et de la faible capacité portante. Ces échantillons ont été extraits sur une profondeur de 40 centimètres, conformément à la stratigraphie présentée dans la section

Figure 14 : Prélevement d'échantillons 2.3.2 Calcul de la teneur en eau (W)

La teneur en eau est un paramètre déterminant pour évaluer l'état d'humidité du sol et sa stabilité mécanique. Elle se calcule par la formule suivante :

(Masse humide - Masse sèche)

W = x 100
Masse sèche

où :

- Masse humide est la masse de l'échantillon avant séchage,

- Masse sèche est la masse de l'échantillon après séchage à 48h, - Le résultat est exprimé en pourcentage (%).

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Échantillon	Masse humide (kg)	Masse sèche (kg)	Teneur en eau (%)
A	0,20	0,15	33,3
B	0,35	0,25	40,0
C	0,17	0,14	21,4
F	0,25	0,17	47,1
G	0,34	0,20	70,0

Tableau 12 : Teneur en eau des échantillons prélevés

Les teneurs élevées (notamment G avec 70 %) montrent une forte saturation en eau, facteur principal de l'instabilité des sols marécageux.

Figure 15 : Pèse avant séchage

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2.3.3. Méthode de séchage des échantillons de sol

Dans le cadre de cette étude, le séchage des échantillons prélevés a constitué une étape indispensable pour la détermination de plusieurs paramètres géotechniques fondamentaux, tels que la teneur en eau, la densité sèche et la porosité. En l'absence de laboratoire équipé (notamment d'une étuve conforme à la norme NF P94-050), une méthode de séchage naturelle à l'air libre a été adoptée, en accord avec les conditions locales et les principes de terrain adaptés aux zones tropicales à faibles ressources (Djebbar et al., 2017 ; ASTM, 2020).

Les échantillons, après leur pesée à l'état humide, ont été soigneusement étalés sur des plaques en métal ou en plastique rigide, déposées dans une zone aérée, exposée à la lumière solaire, mais protégée des précipitations et de la rosée. Le site de séchage était ventilé naturellement, ce qui a permis une évaporation progressive de l'humidité contenue dans les pores du sol.

Le séchage a duré 48 heures, durant lesquelles les températures journalières à Butembo oscillaient entre 21 °C tôt le matin et 32 °C en début d'après-midi, selon les relevés météorologiques locaux pour la saison concernée. Ce climat tropical modérément chaud a permis une déshydratation constante et lente, limitant les risques d'oxydation ou de modification physico-chimique des particules fines (Leroueil et al., 2013).

Pour homogénéiser le séchage, les échantillons ont été retournés toutes les 8 à 10 heures, garantissant une perte d'eau uniforme dans toute la masse. Une attention particulière a été portée à la régularité de l'exposition solaire et au bon drainage de l'humidité résiduelle.

Bien que cette méthode ne remplace pas le séchage normatif à 105 °C pendant 24 heures en étuve (ASTM D2216-19), elle est suffisante pour les calculs d'ordres de grandeur sur le terrain, et particulièrement adaptée aux contextes où les équipements standards sont absents. Cette démarche s'inscrit dans une logique d'ingénierie appropriée, valorisant les savoir-faire locaux tout en maintenant une rigueur méthodologique acceptable (Ngonaba et al., 2021).

Elle illustre ainsi la possibilité d'adapter les standards scientifiques aux conditions de terrain, sans compromettre la qualité des résultats nécessaires à la conception et à l'interprétation géotechnique.

Figure 17 : Pèse après séchage pour avoir la masse sèche

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Figure 16 : Séchage à 48h

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2.3.3 Calcul de la densité sèche (ñd)

La densité sèche exprime la compacité du sol une fois l'eau évaporée. Elle est déterminée par :

?d =	Masse sèche
	Volume de l'échantillon

Le volume moyen estimé pour chaque échantillon est de 0,0002 m³. Ce calcul permet d'identifier les vides entre particules solides et leur influence sur la portance du sol.

Échantillon	Masse sèche (kg)	Volume (m^3)	Densité sèche (kg/m^3)
A	0,15	0,0002	750
B	0,25	0,0002	1250
C	0,14	0,0002	700
F	0,17	0,0002	850
G	0,20	0,0002	1000

Tableau 13 : Densité sèche des échantillons

Ces valeurs indiquent une faible compacité initiale, ce qui est caractéristique des terrains instables.

2.3.4 Calcul du poids volumique humide (ãh)

Le poids volumique humide permet de déterminer la masse du sol total (eau + solide) par unité de volume, ce qui est essentiel pour le dimensionnement d'un renforcement.

Masse humide

~h =
	Volume

Tableau 15 : Porosité des échantillons

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Échantillon	Masse humide (kg)	Volume (m^3)	Poids volumique humide (kg/m^3)
A	0,20	0,0002	1000
B	0,35	0,0002	1750
C	0,17	0,0002	850
F	0,25	0,0002	1250
G	0,34	0,0002	1700

Tableau 14 : Poids volumique humide 2.3.5 Calcul de la porosité (n)

La porosité indique le pourcentage de vide dans le sol. Elle est donnée par :

J? (1 - Pd ' x 100

P_s

Où ñs est la densité des particules solides, généralement 2650 kg/m³ pour les sols argileux (FAO, 2010).

Échantillon

A

B

C

F

G

Densité sèche (kg/m³)

750

1250

700

850

1000

Porosité (%)

71,7

52,8

73,6

67,9

62,3

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Les porosités élevées confirment l'instabilité du sol et justifient la nécessité d'une stabilisation durable.

2.3.6 Évaluation mécanique et principes de stabilisation

Les données analysées confirment que le sol de Londo est :

- Très humide (forte teneur en eau),

- Faiblement dense, - Hautement poreux,

- Instable en l'état naturel.

Pour stabiliser mécaniquement ce sol, un matelas de pneus usagés sans pièces métalliques a été mis en place. Cette structure absorbe les charges verticales, améliore la répartition des efforts, réduit les tassements différentiels et offre un bon comportement sous fondation.

La stratégie est complétée par l'utilisation de végétaux tropicaux à racines profondes (vétiver, papyrus, herbe à éléphant), introduits sur une couche supérieure et entre les joints des pneus. Cette combinaison assure une double stabilisation : mécanique et bio-végétale.

2.5. Application opérationnelle du Vétiver dans la stratégie de stabilisation

L'intervention dans la cellule Londo a été guidée par la nécessité de mobiliser une solution végétale efficace, résiliente et adaptée au contexte marécageux. Sur base de ces critères, le vétiver (Chrysopogon zizanioides) a été sélectionné pour son comportement exceptionnel en conditions hydromorphes et sa compatibilité avec une mise en oeuvre manuelle intégrée à des matériaux recyclés.

a) Positionnement stratégique dans le dispositif de renforcement

Le vétiver a été introduit non comme couverture végétale accessoire, mais comme élément porteur du système de renforcement. Chaque pied a été inséré entre deux pneus, dans une tranchée aménagée à cet effet, de manière à permettre :

- Un enracinement vertical dans le sol naturel compacté ;

- Une interaction latérale avec les parois internes du pneu, créant un système mixte sol-racine-pneu.

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- Ce positionnement a permis de tirer profit de l'effet de tenaille biologique, où le confinement offert par le pneu favorise un enracinement profond et structurant.

b) Comportement biologique observé

La capacité du vétiver à survivre à une humidité constante a été validée sur terrain. Contrairement à d'autres espèces, le vétiver n'a montré aucun signe de stress hydrique ou de pourriture racinaire tout au long de notre expérimentation. Son port dressé permet également de maintenir une bonne aération du substrat sans nécessité d'entretien particulier.

c) Fonctionnement mécanique intégré

Sur le plan mécanique, le système peut être comparé à un renforcement par inclusion fibreuse verticale. Le rôle du vétiver peut être schématisé dans une logique d'amélioration de la cohésion du sol :

Ceff = Csol + CraCine

Où :

· csol : est la cohésion initiale du sol naturel (très faible dans le cas d'un marécage),

· racine : Représente l'apport en cohésion induit par le développement racinaire vertical.

Des études antérieures (Lindley & Palmer, 2000) estiment que cette cohésion additionnelle peut varier de 5 à 25 kPa, selon la densité racinaire, ce qui dans notre cas est considéré comme un gain significatif au vu de la fragilité initiale du sol.

d) Intérêt en contexte expérimental

En l'absence de moyens mécanisés, le vétiver s'est également distingué par :

- Sa capacité à s'implanter rapidement sans fertilisation externe ; - Sa compatibilité avec un compactage manuel ;

- Sa fonction de balisage visuel et organisation du chantier.

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f) Encadré technique - Résumé des effets du vétiver intégrés dans la solution

hybride

Effet stabilisateur

Ancrage vertical

Régulation hydrique

Anti-érosion

Renforcement latéral

Mécanisme en jeu

Racines jusqu'à 3 m

Transpiration + évaporation (évapotranspiration)

Rigidité du feuillage

Interaction racines-pneus

Impact attendu

Augmentation de la cohésion (?c)

Réduction de la saturation du sol

Réduction des cisaillements

en surface

Résistance au glissement

Tableau 16 : Synthèse des effets mécano-biologiques du vétiver dans le système hybride. 2.6. Analyse technique et comportement réel du système pneus-vétiver à Londo

Ce point du chapitre vise à interpréter de manière scientifique le comportement réel observé sur le terrain suite à la mise en place de la technique hybride. Il ne s'agit plus ici de décrire les étapes méthodologiques, mais d'en tirer les enseignements techniques, à travers une lecture ingénierique des données empiriques, sans recourir à des équipements lourds, mais en exploitant l'analyse qualitative, l'observation structurée et les logiques mécaniques connues.

2.6.1. Comportement du sol confiné par les pneus

Le système a montré un comportement modifié du sol après confinement. Le remplissage et compactage manuel ont permis de créer des unités de sol compact homogène. L'effet principal observé est une augmentation de la cohésion apparente du sol initialement organique. Ce phénomène s'explique par la création d'un environnement fermé dans chaque pneu, limitant l'infiltration latérale de l'eau et empêchant le soulèvement des fines par saturation.

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2.6.2. Action des racines de vétiver sur la stabilité

Le vétiver, utilisé pour notre site d'étude, a montré une remarquable résistance à l'humidité et une capacité à former un réseau radiculaire dense dès les premières semaines. Son système racinaire, descendant jusqu'à 3 mètres dans des conditions favorables (Gray & Sotir, 1996), agit comme des armatures naturelles empêchant l'érosion superficielle et renforçant les zones interstitiaires entre les pneus.

Les racines ont été observées pénétrant les joints latéraux, ce qui verrouille l'ensemble du dispositif. Cet effet n'a pas besoin de mesures instrumentées pour être validé : la cohésion obtenue est visible à l'oeil nu.

Figure 18 : Croissance du vétiver à 3 mois, montrant l'enracinement entre les pneus 2.6.3. Lecture du système comme mur de soutènement végétalisé

L'ensemble pneus-remblai-plantes se comporte de façon analogue à un mur poids avec un revêtement végétalisé. Le système résiste au fluage grâce :

- À la masse des pneus et leur effet de calage ; - À la résistance interne du sol compacté ; - À la traction racinaire.

On peut comparer cela à la formule du mur poids :

Rtotal = Wpneu s + 0" _sol + Rracine ? Wpneus: poids sec des pneus remplis ;

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? a01: résistance au cisaillement du sol ;

? Rracine: résistance radiculaire mesurable par l'effet anti-érosion.

Cette modélisation simplifiée justifie la capacité du système à résister aux sollicitations latérales, sans recourir à une structure maçonnée.