Dans la plupart des cas de ruptures des digues, le claquage hydraulique est la cause principale évoquée. Plusieurs auteurs ont analysé les propriétés des sols sous sollicitations mécanique et hydrique. Toutefois, ces études ne tiennent pas compte de l'influence chimique du liquide percolant la matrice de sol chimisorbé. L'objectif de cette thèse est d’analyser l’impact des effluents liquides émanant des concentrateurs sur le comportement des sols latéritiques compactés dans les digues à rejets miniers. Ce travail met l’accent sur les propriétés hydromécaniques des latérites compactées et percolées par des effluents liquides de nature chimique différente. L'eau déminéralisée a été prise comme prototype. Les tests ont inclus les mesures de la compressibilité, du cisaillement et de la conductivité hydraulique quand les éprouvettes ont été saturées avec les différents liquides. Les résultats montrent que les effluents liquides acide et basique affectent la consistance, les paramètres de compressibilité et de cisaillement. La perméabilité et le module de déformation sont sensiblement modifiés. L'effet des succion et densité initiales avant l'imbibition a été aussi examiné, ce qui révèle que les latérites sont susceptibles à l’effondrement lors du passage de l’état partiellement saturé à l’état saturé. Cependant, des changements structurels causés par la saturation et la densité initiales des éprouvettes semblent être plus importants pour expliquer le comportement volumétrique et déviatorique que l'interaction chimique. Le travail présente enfin une modélisation qui débouche sur des modèles mathématiques de prédiction de la compressibilité, et de la perméabilité des sols latéritiques compactés.
DEDICACE I
REMERCIEMENTS . III
RESUME V
ABSTRACT . VII
TABLE DES MATIERES IX
LISTE DES FIGURES XIII
LISTE DES ANNEXES . XVIII
LISTE DES TABLEAUX . XIX
NOMENCLATURE XXI
INTRODUCTION GENERALE XXV
A. ENJEU ET PROBLEMATIQUE (Le cadre de l'étude) .XXV
B. OBJECTIFS XXVI
C. METHODOLOGIE .XXVII
PREMIERE PARTIE: SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE 1
Chapitre I LES SOLS LATERITIQUES ET LES SITES DE KAKANDA ET
DE KIPUSHI 3
I.1. LES LATERITES ET LES SOLS LATERITIQUES . 3
I.1.1. Les latérites 3
I.1.2. Les sols latéritiques et ferralitiques 9
I.1.3. Les constituants minéraux des latérites . 11
I.1.4. Caractéristiques physico-mécaniques des latérites de la RDC . 15
I.1.5. Conclusion sur les latérites 16
I.2. LES SITES DE KAKANDA ET DE KIPUSHI 16
I.2.1. Introduction 16
I.2.2. Aperçu sur le katanga 17
X CONTENUS
I.2.3. Localisation des sites d'investigation . 18
I.2.4. Aperçu sur les digues de kakanda . 20
I.2.5. Aperçu sur les digues de kipushi . 24
I.2.6. Méthodes de rehaussement des digues de retenue . 27
Chapitre II THEORIE DE CONSOLIDATION ET COMPORTEMENT DES
SOLS SATURES ET NON SATURES COMPACTES . 29
II.1. INTRODUCTION . 29
II.2. RAPPEL SUR LA THEORIE DE LA CONSOLIDATION . 29
II.2.1. Principales causes des variations de volume du sol 30
II.2.2. Conclusion sur les variations de volume du sol 33
II. 3. DIFFERENTS ETATS DE SATURATION D’UN SOL. 33
II.3.1. Définition . 34
II.3.2. L'eau et le gaz dans le sol 35
II. 4. COMPORTEMENT HYDRIQUE ET COURBE DE RETENTION . 40
II.4.1. Mesure de la succion 40
II.4.2. Courbe de rétention 43
II.4.3. Perméabilité à l’eau 46
II.4.4. Caractéristiques de perméabilité 48
II. 5. COMPORTEMENT MECANIQUE 50
II.5.1. Compressibilité - tassement 50
II.5.2. Paramètres de compressibilité et de consolidation 50
II.5.3. Compactage 53
II.6. EVOLUTION DE LA STRUCTURE EN FONCTION DE
DIFFERENTES SOLLICITATIONS 56
II.6.1. Structure des sols. 56
II.6.2. Influence des sollicitations. . 60
II.7. VARIABLES ETUDIEES 61
II.8. CONCLUSION . 62
Chapitre III APERCU SUR LES LOIS DE COMPORTEMENT ET LA
POLLUTION DES SOLS 63
III.1. LOIS DE COMPORTEMENT 63
III.1.1. Méthodes expérimentales et modèles de base . 63
III.1.2. Elaboration d’une loi de comportement . 64
III.2. LOIS DE COMPORTEMENT DES SOLS . 64
III.2.1. Introduction 64
III.2.2. Lois de comportement élastique 65
III.2.3. Lois de comportement élastoplastique 71
III.2.4. Modèle de sol avec écrouissage (hardening soil model). 78
III.2.5. Résumé des lois de comportement . 83
III.2.6. Conclusions sur les lois de comportement 84
III.3. APERCU SUR LA POLLUTION DES SOLS. . 84
III.3.1. Nature de la pollution des sols . 85
III.3.2. Concept de pollution et polluants . 85
TABLE DES MATIERES XI
III.3.3. Sites de decharge de residus miniers dans le copperbelt
Congolais 87
DEUXIEME PARTIE: APPROCHE EXPERIMENTALE. 89
Chapitre IV CARACTERISATION DE LA LATERITE DES DIGUES DE
KAKANDA ET DE KIPUSHI . 91
IV.1. INTRODUCTION 91
IV.2. ECHANTILLONNAGE 92
IV.3. ESSAIS EN LABORATOIRE 96
IV.3.1. Caractérisation physique . 97
IV.3.2. Caractérisation minéralogique . 109
IV.3.3. Caractérisation chimique . 120
IV.3.4. Caractérisation mécanique 133
IV.3.5. Conclusions sur la caractérisation mécanique 167
Chapitre V APPROCHE COMPORTEMENTALE EN COMPRESSIBILITE
ET EN CISAILLEMENT DES LATERITES COMPACTEES 169
V.1. INTRODUCTION . 169
V.2. COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE 170
V.2.1. Introduction . 170
V.2.2. Comportement hydrique et courbe de rétention . 171
V.2.3. Comportement mécanique . 182
Chapitre VI IMPACTS DES EFFLUENTS LIQUIDES DES
CONCENTRATEURS SUR LE COMPORTEMENT DES LATERITES
COMPACTEES . 201
VI.1. COMPOSITION CHIMIQUE DES EFFLUENTS LIQUIDES 201
VI.2. INFLUENCE DE LA POLLUTION SUR LES PARAMETRES
GEOTECHNIQUES 204
VI.2.1. Paramètres de consistance: limites et indices d’état 204
VI.2.2. Paramètres de consistance: argilosité 208
VI.3. EFFETS DE LA POLLUTION SUR LES PARAMETRES
CHIMIQUES . 209
VI.3.1. Influence des effluents liquides sur le pH de sol . 209
VI.3.2. Influence des effluents liquides sur la CEC de sol 210
VI.4. IMPACT DE LA POLLUTION SUR LES PARAMETRES
HYDRIQUES 213
VI.4.1. Influence des effluents liquides sur la courbe de retention . 213
VI.4.2. Influence des effluents liquides sur la perméabilité . 214
VI.5. IMPACT DE LA POLLUTION SUR LES PARAMETRES
MECANIQUES . 217
VI.5.1. Effet des effluents liquides sur la compressibilité 217
VI.5.2. Effet des effluents liquides sur les paramètres de cisaillement
228
XII CONTENUS
TROISIEME PARTIE: MODELISATION 237
Chapitre VII MODELES DE PREDICTION DU COMPORTEMENT
MECANIQUE DES SOLS LATERITIQUES COMPACTES . 239
VII.1. MODELE DE MOHR-COULOMB 239
VII.2. APPROXIMATION HYPERBOLIQUE DE KONDNER 241
VII.3. MODELE DE SOL AVEC ECROUISSAGE (HSM) . 244
Chapitre VIII PREDICTION DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE
SATUREE DES SOLS LATERITIQUES COMPACTES 247
VIII.1. EVALUATION DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE 247
VIII.1.1. Modèle de Kozeny-Carman modifié 250
VIII.1.2. Modèle de Carrier et Beckman (1984) 251
VIII.1.3. Modèle de Morris (2003) . 252
VIII.1.4. Modèles proposés par Sivappulaiah et al. (2000) . 253
VIII.2. CONFRONTATION DES CONDUCTIVITES HYDRAULIQUES
PREDITES ET MESUREES 254
VIII.3. INTERPRETATION ET DISCUSSION . 255
VIII.3.1. Comparaison de conductivités hydrauliques . 255
VIII.3.2. Calibrage du coefficient Cg du modèle KCM 256
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVE . 259
A. SYNTHESE 259
B. CONTRIBUTION 261
C. PERSPECTIVES 263
BIBLIOGRAPHIE 265
ANNEXES . 275