Amélioration du comportement mécanique et de cisaillement des sols argileux à l’aide de chaux, de Nano-MgO et de fibres PET recyclées : évaluation expérimentale et par VPU

Construire sur des terrains mous

De nombreuses villes s’étendent sur des terrains sous-tendus par des sols argileux naturellement faibles et sujets au gonflement, au retrait et à la fissuration. Ces sols peuvent faire vibrer les routes, provoquer des fuites dans les canalisations et faire basculer les fondations des bâtiments au fil du temps. Cette étude explore une façon plus propre et plus intelligente de transformer une argile problématique en une base plus solide et plus fiable pour la construction — tout en réduisant les émissions de carbone et en réutilisant les bouteilles en plastique usagées.

Une nouvelle recette pour un sol plus résistant

Les chercheurs se sont concentrés sur une argile à haute plasticité, un type particulièrement problématique qui varie de volume lorsqu’il s’humidifie ou se dessèche. Traditionnellement, les ingénieurs incorporent de la chaux à ces sols pour les rigidifier et les stabiliser. La chaux est efficace, mais sa production dégage d’importantes quantités de dioxyde de carbone. Pour réduire cette empreinte et améliorer les performances, l’équipe a développé un mélange en trois volets : chaux, oxyde de magnésium ultrafin (nano-MgO) et courtes fibres issues de polyéthylène téréphtalate (PET) recyclé, le plastique des bouteilles. L’idée est que la chaux et le nano-MgO cimentent chimiquement les grains de sol entre eux, tandis que les fibres PET jouent le rôle de fines armatures qui retiennent le matériau lorsque des fissures apparaissent ou lorsqu’il se déforme.

Comment le sol a été testé

Des échantillons d’argile ont été mélangés avec différentes proportions de chaux, de nano-MgO et de fibres PET, puis compactés et laissés à durcir jusqu’à 90 jours. L’équipe a mesuré la résistance au cisaillement (essai de compression non confinée), la résistance à la traction indirecte et le comportement en cisaillement direct (révélant la friction et la cohésion). Ils ont également utilisé la vitesse de propagation des ondes ultrasonores (VPU) : des ondes sonores ont été envoyées à travers les échantillons et leur vitesse de parcours a été enregistrée. Des ondes plus rapides indiquent une structure interne plus dense et plus continue. Contrairement aux essais classiques de résistance, la VPU est non destructive, ouvrant la possibilité de vérifier rapidement la qualité du sol sur le terrain sans briser les échantillons.

Trouver le juste équilibre

Les expériences ont montré qu’il existe un « point optimal » clair dans les proportions du mélange. Augmenter la teneur en chaux améliore la résistance jusqu’à environ 10 % en poids sec du sol ; au‑delà, un excès de chaux forme des cristaux fragiles qui diminuent en réalité la robustesse du sol. Remplacer une petite portion de cette chaux — environ 2 % du poids de la chaux — par du nano-MgO a encore renforcé la résistance et la rigidité. Après 90 jours, ce mélange chaux plus nano a multiplié par plus de huit la résistance en compression par rapport à l’argile non traitée et augmenté d’environ 40 à 50 % par rapport à la chaux seule. L’ajout de 0,9 % de fibres PET en poids de sol a ensuite apporté un gain supplémentaire, notamment en résistance aux fissures et aux ruptures en traction, même si une teneur en fibres plus élevée n’a fourni que peu d’avantages supplémentaires et pouvait créer des zones faibles en cas d’agglomération des fibres.

Voir à l’intérieur du sol

L’imagerie microscopique et de surface a confirmé ce que suggéraient les tests mécaniques. L’argile non traitée paraissait lâche et poreuse, avec des particules en feuillets et de nombreux vides. En revanche, les échantillons contenant 10 % de chaux et 2 % de nano-MgO présentaient une structure dense : les grains d’argile étaient enrobés et liés par des produits de réaction gélatineux qui comblaient les pores et solidarisaient les particules. Les fibres PET traversaient cette matrice, avec du sol cimenté adhérant à leurs surfaces, formant un réseau tridimensionnel qui aidait à répartir les charges et à arrêter la propagation des fissures. Les mesures de VPU ont suivi de près ces changements internes. À mesure que le sol devenait plus dense et mieux lié, les ondes ultrasonores circulaient plus vite. L’étude a mis en évidence des corrélations mathématiques fortes entre la vitesse des ondes et des propriétés clés telles que la résistance, la cohésion et l’angle de frottement, suggérant que la VPU peut être utilisée pour estimer l’efficacité de la stabilisation du sol sans détruire les échantillons.

Pourquoi c’est important pour les projets réels

Pour les ingénieurs et les aménageurs, le mélange optimisé — 10 % de chaux, 2 % de nano-MgO et 0,9 % de fibres PET recyclées — offre un compromis prometteur entre performance, coût et durabilité. Il augmente significativement la résistance et la résistance au cisaillement, aidant les fondations et les ouvrages de terre à reposer plus sûrement sur l’argile, tout en réduisant la quantité de chaux nécessaire et en donnant une seconde vie utile au plastique jeté. La possibilité de contrôler la qualité du sol à l’aide de simples essais ultrasonores pourrait aussi rendre le contrôle qualité plus rapide et moins coûteux sur les chantiers. Bien que l’étude ait été réalisée en laboratoire dans des conditions contrôlées et nécessite encore une validation à l’échelle du terrain sous des cycles réels de météo et de chargement, elle ouvre la voie à des méthodes de construction plus durables et plus durables sur des terrains difficiles.

Citation: Amiri, A.A., Ranjbar Malidarreh, N., Soleimani Kutanaei, S. et al. Enhancing the mechanical and shear behavior of clay soil using lime, Nano-MgO, and recycled PET fibers: experimental and UPV-based assessment. Sci Rep 16, 7548 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38956-z

Mots-clés: stabilisation des sols argileux, nano-MgO, fibres PET recyclées, essais ultrasonores, génie géotechnique