Étude par modèle sur les performances de portance verticale des pieux post-coulés selon différents matériaux de coulis

Des appuis plus résistants sous nos pieds

Les villes modernes reposent sur des fondations profondes — de longues colonnes appelées pieux qui transmettent le poids des bâtiments, des ponts et des voies ferrées au sol. Mais dans les sols sableux, en particulier là où l’eau souterraine circule, ces pieux peuvent perdre de la résistance avec le temps. Cette étude explore une idée simple aux grandes conséquences : si l’on injecte, après mise en place des pieux, différents types de mélanges liquides autour d’eux, quelle recette permet au sol d’adhérer le mieux au pieu et de maintenir les structures lourdes plus sûres et plus stables ?

Comment les ingénieurs renforcent des fondations cachées

Les chercheurs se sont concentrés sur une technique connue sous le nom de post-coulage (post-grouting). Après l’installation d’un pieu, de fins tuyaux le long de sa paroi servent à pomper un mélange cimentaire aqueux dans le sable. En durcissant, ce mélange forme une enveloppe renforcée autour du pieu capable de reprendre une plus grande part de la charge. L’équipe a comparé quatre de ces mélanges — ciment ordinaire, ciment additionné de silicate de sodium, un mélange cendres volantes–ciment, et un matériau plus récent appelé géopolymère — à des pieux non coulés. Ils ont construit des pieux à petite échelle soigneusement contrôlés dans une grande cuve en acier remplie de sable, et ont même reproduit l’écoulement naturel de la nappe phréatique dans le sol pour certains essais.

Observer des pieux qui supportent plus de charge avec moins d’enfoncement

Chaque pieu modèle a été chargé par paliers depuis le sommet tandis que des instruments mesuraient son tassement et la façon dont les efforts se transmettaient le long de sa longueur. Les quatre pieux coulés ont supporté bien plus de charge que le pieu non coulé avant de présenter des signes de rupture. Les mélanges cendres volantes–ciment et géopolymère ont presque doublé la capacité du pieu, tandis que le mélange ciment ordinaire l’a plus que triplée. Le meilleur résultat revenait au mélange ciment–silicate de sodium, qui a porté la capacité à près de cinq fois celle du pieu nu et a donné des courbes charge–tassement régulières, indiquant que le pieu n’a pas chuté brutalement lorsque la charge augmentait.

Comment le sol accroche le pieu

Les mesures ont montré que la majeure partie de la résistance supplémentaire ne provenait pas d’une poussée au niveau de la pointe du pieu, mais du frottement le long de ses parois. Avec le coulis, les efforts décroissaient plus rapidement de la tête vers la pointe du pieu, montrant que le sable environnant s’engageait plus fortement. Dans le meilleur cas, la résistance latérale moyenne pour le mélange ciment–silicate de sodium était plus de cinq fois celle du pieu non coulé. En présence d’eau en mouvement, ce coulis bicomposant conservait un avantage net sur le ciment simple, car il prenait rapidement, fuyait moins et créait une zone renforcée le long de l’âme plus épaisse et plus efficace.

Ce qui se passe au niveau des grains

Pour comprendre pourquoi certains mélanges fonctionnaient mieux, l’équipe a prélevé des échantillons du coulis durci et les a examinés au microscope électronique à balayage. Les grains de sable non traités paraissaient aux arêtes nettes et faiblement tassés, avec de nombreux vides ouverts. Après coulage, tous les mélanges laissaient des réseaux de microcristaux et de gels qui collaient les grains entre eux et comblaient les espaces. Le mélange ciment–silicate de sodium a produit le maillage le plus dense de produits entrelacés, créant une structure fortement verrouillée. Le géopolymère a également formé une abondante matière d’adhésion, tandis que le mélange cendres volantes–ciment présentait de nombreuses billes de cendre non réagies, suggérant que sa résistance était limitée par un durcissement incomplet.

Ce que cela signifie pour les projets réels

Pour les non-spécialistes, la conclusion est simple : injecter le bon liquide autour des pieux peut augmenter de façon spectaculaire la charge qu’ils supportent en toute sécurité et réduire leur tassement, même dans des sols sableux traversés par des eaux souterraines. Si tous les coulis testés ont été bénéfiques, le mélange ciment–silicate de sodium s’est distingué par sa prise rapide, son collage solide et sa résistance au lessivage. Cela oriente les ingénieurs vers des fondations plus fiables et potentiellement plus courtes ou plus fines, réduisant la consommation de matériaux et les coûts tout en améliorant la sécurité des ouvrages reposant dessus.

Citation: Chu, C., Yi, T., Qin, Y. et al. Model test study on the vertical bearing performance of post-grouted piles based on different grouting materials. Sci Rep 16, 14635 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44882-x

Mots-clés: fondations par pieux, amélioration des sols, matériaux de coulis, sols sableux, géopolymère