Le traitement des sols est une pratique courante pour améliorer les performances des sols de mauvaise qualité. Après leur construction, les structures géotechniques construites avec des sols traités peuvent être soumises à des agents extérieurs (trafic, conditions climatiques) qui peuvent altérer les effets du traitement en dégradant les liaisons cimentaires. Il est donc essentiel de prendre en compte la durabilité des sols traités dans le processus de conception de ces ouvrages. L'objectif principal de cette étude est d'analyser l'impact de l'amplitude des cycles de séchage-humidification sur le comportement mécanique d'un sable traité au ciment. Une analyse microstructurale et physicochimique complète a également été réalisée pour déterminer les processus physicochimiques se produisant dans les échantillons tout au long des cycles.

Deux types de cycles hydriques ont été appliqués à un sable propre traité au ciment à 4%. Le type I dure 24h et est dérivé de l'ASTM-D559 (séchage à l'étuve pendant 8h puis immersion totale pendant 16h). Le type II se déroule sur 7 jours et consiste à imposer une succion en contrôlant l'humidité relative pendant 2 jours puis une immersion totale pendant 5 jours. Des essais triaxiaux consolidés-drainés ont été réalisés après plusieurs cycles (jusqu'à 24). Une approche en contrainte-dilatance basée sur la théorie de Rowe a été utilisée pour quantifier la contribution des cimentations sur le comportement mécanique et leur suivi au cours d'un essai de cisaillement en introduisant un taux de liaison, ηbond. Des observations aux microscopes électroniques à balayage et à transmission ainsi que des analyses par diffraction aux rayons X et thermogravimétriques ont été réalisées pour analyser l'impact des cycles des 2 types sur les phases cimentaires et identifier les différentes phases.

Les résultats ont montré que l'effet principal des cycles de séchage-humidification est d'altérer les liaisons, et par conséquent de diminuer les performances mécaniques. L'altération dépend de l'intensité des cycles. En effet, les cycles de type I, plus agressifs, conduisent à une dégradation plus importante que les cycles de type II. L'évaluation du taux de liaison a permis d'évaluer quantitativement l'effet du traitement et la progression de l'altération en fonction des cycles. Les premiers cycles de type I semblent imposer la majeure partie de la dégradation des liaisons cimentaires pour des éprouvettes traitées à 4%. Une réduction des performances mécaniques a été observée jusqu'au 12ème cycle, puis le comportement mécanique macroscopique est resté stable pour les 2 types de cycles jusqu'au 24ème cycle. La campagne d'essais physico-chimiques à l'échelle microscopique a montré que les cycles ont induit des changements minéralogiques profonds dans les éprouvettes. En effet, une carbonatation s'est produite dans les échantillons pour les deux types de cycles avec la formation d'ettringite. La formation d'ettringite est d'autant plus favorisée par les conditions imposées par les cycles de type II. Les phases cimentaires ont été carbonatées tout au long des cycles avec un impact pourtant limité sur le comportement mécanique macroscopique.

Cette étude montre que la diminution limitée des performances mécaniques des éprouvettes à la suite des cycles hydriques s'accompagne de modifications importantes à l'échelle microscopique. Les résultats soulignent aussi l'importance du protocole de cycles séchage-humidification imposés pour une évaluation plus précise de la performance à long terme des sols traités. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour définir un protocole d'altération approprié qui soit réaliste par rapport aux sollicitations réelles subies par les ouvrages d'art. De plus, la prise en compte de la durabilité dans une loi de comportement pour les sols traités est un enjeu pour le dimensionnement des structures géotechniques.

Mots-clés : Sols traités, Durabilité, Cycles séchage-humidification, Essais triaxiaux, Carbonatation.