Le tunnel de la ligne Lyon-Turin
Le tunnel de base de la section transfrontalière de la future liaison ferroviaire Lyon-Turin est long de 57 km, entre Saint-Jean-de-Maurienne en France et Suse en Italie. Son percement par la société franco-italienne TELT (Tunnel Euralpin Lyon-Turin), promoteur du projet, produira 43 millions de tonnes de matériaux d’excavation.
Caractérisation des matériaux d’excavation en vue de leur emploi dans le béton
Au terme de différentes campagnes de caractérisation chimique, minéralogique et physique de ces futurs matériaux excavés, il a été estimé que 40% devraient pouvoir être utilisés pour les besoins du projet, dont 25% en granulats pour béton. Seulement, leur caractérisation approfondie mit en évidence que les grès quartzitiques de la section centrale du tunnel près de Modane, pressentis pour une valorisation en béton, contenaient du sulfate de calcium, sous la forme d’anhydrite et de gypse, en quantité supérieure au seuil des normes en vigueur pour le béton (EN 12620).
Ainsi, dès 2009, la société Lyon Turin Ferroviaire (LTF, chargée des études du projet) décida d’engager un programme de recherche visant à qualifier ces matériaux et à trouver une solution technique pour permettre leur utilisation dans les bétons. Sous l’égide de l’IFSTTAR, un groupe de recherche fut constitué par LTF avec le lerm, Jacques Burdin IGC et deux partenaires industriels, Vicat et Holcim.
Nécessité d’une étude d’emploi des matériaux sulfatiques
Les sulfates sont délétères dans la mesure où, réagissant avec certains composants du ciment, en particulier avec l’aluminate tricalcique, ils peuvent produire de l’ettringite qui peut conduire au gonflement du béton et à l’endommagement irrémédiable de la structure.
Par ailleurs, sous certaines conditions, le sulfate de calcium peut réagir avec les silicates de calcium hydratés (C-S-H) pour former de la thaumasite, phase minérale aux propriétés également gonflantes, qui peut ainsi altérer notablement les propriétés mécaniques du béton.
Ainsi, sur les 3,4 millions de tonnes de matériaux excavés qui doivent être extraits de cette section du tunnel (5 km), la double contrainte de produire suffisamment de béton pour l’avancée du tunnel et l’impossibilité de stocker en surface ce volume de déblais a amené à chercher une solution pour l’emploi de ces matériaux sulfatiques.
Un travail de laboratoire ayant fait l’objet d’une thèse (1) a alors démontré qu’il était possible de formuler des bétons durables avec ces granulats de teneurs en sulfates de 3,5 % au lieu des 0,2% autorisés, en utilisant des ciments spécifiques (ciments sursulfatés ou ciments à très faible teneur en aluminate tricalcique C3A).
Formulation des bétons en laboratoire et suivi durabilité – © lerm
Trois descenderies (Saint-Martin-la-Porte, La Praz, Villarodin-Bourget/Modane) permettant de rejoindre depuis la surface le niveau du futur ouvrage ont déjà été réalisées. Creusées sur une section de 11 m, elles ont généré environ 650 000 m3 de matériaux excavés. Le creusement des descenderies a permis au passage de réaliser des essais de valorisation en grandeur réelle sur 143 000 tonnes de matériaux excavés.
Au niveau de l’accès du tunnel de Villarodin-Bourget/Modane, une plateforme de traitement des matériaux dédiée à la production de granulats pour béton a pu être installée. Elle a permis la production de 113 000 T de granulats pour béton.
Sur ce tunnel d’accès, la production ainsi permise de granulats s’est révélée moindre que celle qui avait été prévue contractuellement à l’issue des essais de laboratoire.
Station de traitement de matériaux de Villarodin-Bourget/Modane – © LTF
En savoir plus
(1) Colas Jérémy., « Etude de la valorisation des déblais de chantier de tunnels riches en sulfates en granulats à béton », Thèse de l’Université de Paris Est, 2012.
Monin N., Burdin J., Brino L., Colas J., Divet L. , Chaussadent T., « Preliminary tests on high sulphate content aggregates for tunnel lining concrete » – in World Tunnel Congress 2013 Geneva
Divet, Loïc, Colas, Jérémy, Chaussadent, Thierry, Lavaud, Stéphane, Desrues, Béatrice « Perspectives de valorisation de granulats riches en sulfates dans les bétons » 2015 – in GC’2015 : Le génie civil en transition
Burdin Jacques, « L’utilisation de granulats provenant de la transformation des matériaux d’excavation des tunnels pour la fabrication des bétons » – in AFGC – GC 2015 – Cachan