L’effet du vieillissement des injections de coulis sur les barrages québécois

Abstract

Au Québec, plusieurs ouvrages hydroélectriques de grande envergure tel que les barrages-poids ont été construits dans le dernier quart du 20e siècle. Ces barrages faisant partie du projet provincial de nationalisation de l’électricité permettent l’alimentation en énergie verte de la majeure partie de la population québécoise tout en contribuant au maintien économique de certaines régions administratives. Ces ouvrages sont toutefois soumis à des conditions climatiques très difficiles amenées par des hivers rigoureux et ainsi que par des rayonnements solaires prolongés au cours de l’été. Par conséquent, la détérioration des constructions semble inévitable, entraînant parfois l’apparition de fissures sur les parois ou encore une dégradation ciblée des injections de coulis de ciment.

La présente étude qui est orientée en mécanique des roches vise à analyser l’état de ces réparations par injections qui semblent subir un vieillissement autant sur les parois des ouvrages que dans leurs fondations rocheuses. Plus précisément, cette recherche tente d’identifier les principaux facteurs de dégradation des injections de coulis de ciment de façon accélérée. Il sera alors possible de quantifier l’influence que la détérioration des joints peut avoir sur le long terme. Suite à une recherche effectuée dans la littérature, il a été mis en avant que l’érosion et la dissolution par écoulement étaient les deux principaux agents de dégradation des joints cimentaires. Par conséquent, les dimensionnements de montages de dégradation par écoulement ainsi que des échantillons imitant un joint rocheux injecté, ont dû être réalisés. Les objectifs des montages étaient d’accueillir six échantillons et d’y faire circuler un fluide en circuit fermé pour une période avoisinant deux mois. Quant aux échantillons, ils étaient composés de deux surfaces éloignées de 1 mm et présentant un JRC (coefficient de rugosité défini empiriquement) d’environ 13, le tout encastré dans un bâti quasi étanche. La première surface était constituée soit de Sika 212 (mortier normalisé) où la rugosité était obtenue par la réplique de silicone ou de granite taillé. La deuxième surface était constituée de coulis de ciment (E/C = 0,5) directement coulé sur la première partie de l’échantillon pour être ensuite détaché. Deux fluides contrôlés (pH, température et pression) ont été utilisés pour dégrader les cinq (5) différentes séries d’échantillons : l’eau, afin d’obtenir une dégradation près de la réalité et de l’acide citrique (pH = 5) pour obtenir une dégradation accélérée des joints.

Plusieurs essais et analyses ont permis de définir l’évolution des différents types de dégradations (neutre/acide, Sika/granite, temps) : examens au microscope à balayage électronique, analyse chimique des fluides en recirculation, essais de résistance au cisaillement direct ainsi que numérisation des interfaces avant/après dégradation (variation du coefficient de rugosité). Les résultats obtenus ont dans un premier temps permis de valider la reproductibilité des échantillons et de dissiper les doutes entourant l’addition de facteurs de dégradation non prévus lors de la dégradation par acide (principalement érosion et dissolution). Une baisse de résistance globale au cisaillement des joints a été observée, baisse qui s’accentue sur les échantillons dégradés à l’acide. Cette étude constitue une première dans le domaine des détériorations des coulis de ciment d’interface du groupe de mécanique des roches de l’Université de Sherbrooke et elle présente un cheminement unique via un processus de construction des éprouvettes ainsi que par le fonctionnement du montage d’écoulement.