Optimisation des chaussées : géosynthétiques ou stabilisation chimique pour renforcer les sols de fondation?

Récemment, le secrétaire américain aux Transports, Sean P. Duffy, a déclaré à un groupe de membres du Congrès et d'acteurs du secteur des infrastructures que « notre mission est de construire le plus rapidement possible et autant que possible », en prévision du processus de réautorisation des transports terrestres prévu pour l'automne. L'urgence exprimée par l'administration pour accélérer la réalisation des projets est prometteuse, mais des décennies de sous-investissement et d'entretien réactif ont aggravé le défi que représente la réhabilitation du réseau routier américain. Comme l'indique le rapport 2025 de l'ASCE sur l'état des infrastructures américaines, 39 % des routes principales sont en mauvais état ou dans un état médiocre. Circuler sur ces routes détériorées coûte en moyenne 1 400 dollars par année à chaque automobiliste, en frais d’entretien et en temps perdu dans les embouteillages. Pour construire des routes durables, un changement de paradigme vers une construction axée sur la performance à long terme s’impose.

Le Transportation Research Board (TRB) et la Federal Highway Administration (FHWA) reconnaissent tous deux qu'une chaussée résiliente et durable nécessite une conception de sol de fondation durable. Ainsi, la stabilisation du sol de fondation est essentielle à la réussite à long terme de toute infrastructure routière.

La stabilisation du sol de fondation consiste à améliorer les propriétés techniques du sol afin de mieux soutenir les structures de chaussée. L'objectif est de renforcer la résistance, de réduire la sensibilité à l'humidité et d'assurer une durabilité à long terme sous les contraintes environnementales et aux charges induites par la circulation.

Stabilisation chimique : une solution traditionnelle, mais instable

Les sols faibles, sensibles à l'humidité ou gonflants peuvent compromettre l'intégrité des chaussées. Traditionnellement, des méthodes de stabilisation chimique, telles que le traitement à la chaux ou au ciment, ont été utilisées pour relever ces défis. Cette méthode consiste à modifier la composition chimique du sol à l'aide d'additifs. Les deux solutions de stabilisation chimique les plus courantes sont la chaux et le ciment.

Stabilisation à la chaux : La chaux réagit avec les minéraux argileux, réduisant ainsi la plasticité et augmentant la résistance grâce à des mécanismes d’échange cationique et à des réactions pouzzolaniques. Cependant, cette méthode nécessite une composition chimique spécifique du sol (teneur suffisante en silice et en alumine), ainsi que des conditions environnementales favorables (températures supérieures à 40 °F). Elle ne convient pas aux sols à forte teneur en matière organique, à faible teneur en argile, à granulométrie grossière ou contenant des sulfates.

Stabilisation au ciment : Le ciment Portland fournit tous les composants chimiques nécessaires à la liaison des particules du sol, ce qui le rend moins dépendant de la minéralogie. Cependant, il est plus coûteux et présente des problématiques de durabilité similaires à celles de la chaux. Il ne convient pas aux sols à forte teneur en matière organique, aux argiles à haute plasticité ou contenant des sulfates.

Défis et limites

Problèmes de durabilité : La stabilisation chimique est sensible à plusieurs facteurs, notamment : l’exposition à l'eau, les cycles de gel-dégel (une exposition répétée peut entraîner une défaillance prématurée), la carbonatation (le CO₂ réagit avec les composés calciques du ciment, ce qui entraîne une perte de résistance), l’expansion du sol due à l'attaque des sulfates (les sulfates présents dans le sol peuvent réagir avec les composés de stabilisation à la chaux, provoquant un gonflement/un soulèvement), et l’attaque des sulfates. Ces facteurs peuvent dégrader la performance à long terme de la chaussée.

• Sensibilité environnementale : Le processus dépend fortement de la température, de l'humidité et de la chimie du sol. Des conditions inappropriées peuvent interrompre définitivement les réactions chimiques.

• Risques pour la santé et la sécurité : La chaux et le sol-ciment sont corrosifs, ce qui présente des dangers tant pour les travailleurs que pour les propriétés environnantes. Il est essentiel de mettre en place des protocoles de sécurité ainsi que des mesures de suppression de la poussière lors de l'installation. Il a été démontré que la stabilisation chimique peut libérer des toxines cancérigènes telles que des composés alcalins, des substances cristallines et du chrome, susceptibles d’entraîner des effets néfastes durables sur l'environnement.

• Formulation complexe du mélange : Elle nécessite des essais en laboratoire approfondis (2 à 3 semaines) afin d'identifier le type et le dosage appropriés d'additifs en fonction des caractéristiques du sol. Les échantillons prélevés sur site doivent être envoyés à un laboratoire pour analyser la compatibilité chimique et déterminer la concentration nécessaire avant le début de l'installation/du traitement.

• Retards de construction : Le temps de cure varie de 2 à 14 jours, pendant lesquels la zone ne peut pas être ouverte à la circulation.

• Bien que la stabilisation chimique puisse être efficace, son succès dépend de conditions précises et d'une exécution rigoureuse.

Géosynthétiques : une solution mécanique moderne

Les géosynthétiques offrent une approche mécanique de stabilisation des sols de fondation. Ces matériaux à base de polymères, tels que les géosynthétiques MIRAFI, sont placés entre le sol de fondation et les couches de granulats afin de renforcer la structure et d'améliorer la répartition des charges. Cela est rendu possible grâce aux fonctions suivantes :

• Séparation : Empêche le mélange entre le sol de fondation et les agrégats.

• Filtration et drainage : Permet le passage de l'eau tout en retenant les particules de sol.

• Confinement : Limite le déplacement latéral des granulats, améliorant ainsi la rigidité et la capacité portante de la structure.

Cela crée une couche stabilisée mécaniquement qui offre une performance constante, quel que soit le type de sol ou les conditions environnementales. De plus, les géosynthétiques à fils capillaires peuvent offrir une gestion active et/ou passive de l'humidité à la section agrégée pour améliorer la performance à long terme.

• Gestion active de l'humidité : Processus continu de contrôle et d'évacuation de l'humidité présente dans le sol et les matériaux agrégés. Un géotextile avec gestion active de l'humidité diminue la teneur en eau volumétrique dans la section structurelle, augmentant finalement le module de résilience du sol (M_R). L'amélioration du M_R se traduit par une section structurelle plus résistante qui supportera des charges plus élevées et durera plus longtemps.

• Gestion passive de l'humidité : Les fils capillaires permettent d’uniformiser la teneur en humidité sur l’ensemble de la section de chaussée, minimisant ainsi l'expansion ou la contraction localisée et inégale sur toute la chaussée lorsqu'ils sont installés sur des sols à grains fins (réduisant l'expansion et la contraction dans les argiles et réduisant le tassement différentiel dans les sols limoneux). En équilibrant l’humidité dans les sols, la gestion passive de l'humidité améliore la durabilité et la fonctionnalité à long terme de la chaussée.

Avantages des géosynthétiques par rapport à la stabilisation chimique

• Utilisation immédiate : Aucun temps de cure requis. Les travaux de construction peuvent commencer dès l’installation du géosynthétique.

• Installation en toutes conditions météorologiques : Peut être posé par temps froid, humide ou venteux sans compromettre sa performance.

• Applicabilité universelle : Compatible avec tous les types de sol, quels que soient leur pH, leur minéralogie, leur plasticité, leur teneur en argile, leur teneur en matières organiques ou leur teneur en sulfate.

• Aucun risque pour la santé : Les matériaux inertes ne présentent aucun risque pour les travailleurs ni pour l'environnement.

• Construction simplifiée : Ne nécessite aucun équipement spécialisé ni entrepreneur spécialisé — une équipe de terrassement standard suffit pour l'installation.

• Durabilité supérieure/performance durable : Insensible aux cycles de gel-dégel, à l'exposition à l'eau ou à la dégradation chimique.

• Rentabilité : Réduit le besoin de sous-couches et de granulats, ce qui diminue les coûts de matériaux et de main-d'œuvre.

Faire le bon choix

Face à des sols de fondation meubles, instables ou problématiques, il est tentant de recourir aux solutions chimiques traditionnelles. Cependant, la longue liste des préoccupations environnementales, logistiques et de durabilité rend la stabilisation chimique moins attrayante dans de nombreux cas.

Les géosynthétiques constituent une solution de rechange moderne, fiable et rentable. Leur facilité d'installation, leur adaptabilité à tous les types de sol et leur résistance à la dégradation environnementale en font la solution idéale pour les projets de construction actuels, qui doivent être réalisés rapidement et orientés vers la durabilité.

Conclusion

Au fur et à mesure que les besoins en infrastructures augmentent et que les délais de construction se resserrent, le recours à des solutions efficaces et résilientes pour la stabilisation des sols de fondation devient plus critique. La stabilisation mécanique renforcée par des géosynthétiques s’impose comme une solution de rechange supérieure aux méthodes chimiques, offrant une performance durable avec moins de risques et de complications.

Avant de choisir systématiquement la chaux ou le ciment, prenez en compte les avantages des géosynthétiques. Ils simplifient non seulement la construction, mais améliorent également la durabilité et la viabilité de vos systèmes de chaussée, faisant d’eux le choix le plus judicieux pour les routes de demain.