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Drytech, Electro-injection



L’ÉLECTRO-INJECTION


Introduction
Lorsque l'étanchéité d'un ouvrage d'art (pont par exemple) est défectueuse, il en résulte une altération de la structure due au lessivage et à la dissolution des liants pouvant conduire, avec le temps, à la ruine de cet ouvrage.
La méthode la plus classique de traitement consiste à injecter sous pression un coulis (ciment, argile ciment, gel, résine) afin de régénérer et d'étancher la structure dégradée. Dans les milieux extrêmement fins (argile, mortier, pierre, béton poreux, etc.), où les circulations sont capillaires voire subcapillaires, l'injection classique est inefficace ; en effet, si l'on injecte un coulis même très peu visqueux (résine) il faudra appliquer une pression suffisante pour le faire pénétrer ce qui conduit soit à des claquages généralement dangereux pour l'ouvrage, soit à des pertes importantes. En outre, les coulis à base de résine ont souvent un coût élevé, bien souvent incompatible avec le budget de réparation prévu.
C'est là qu'interviennent la technique de l'électro-injection qui peuvent suppléer ou compléter les injections traditionnelles.


L'électro-injection

L'électro-injection est un phénomène électrocinétique dans les milieux poreux connu depuis fort longtemps. (Reuss 1808).
Si on applique entre deux électrodes placées dans un milieu poreux humide (sols, pierres, béton, bois) une tension électrique, on constate que l'eau du matériau se déplace de l'anode vers la cathode.
D'où l'utilisation de l'électro-injection en génie civil pour assécher les boues, consolider les sols argileux et d'autres applications dans le domaine de l'environnement.

L'électro-injection est une application particulière de l'électro-osmose : on utilise un champ électrique pour véhiculer une solution ionique à l'intérieur d'un matériau afin d'améliorer ses caractéristiques mécaniques.

L'efficacité de cette technique dans l'accroissement de la portance des terrains fins a été démontrée par plusieurs auteurs : Gray, 1966, Lefebvre et al, 1991.

L'expérience démontre qu'il en est de même pour les maçonneries des ouvrages d'art ou la solution qui remplace l'eau dans la structure va étancher et renforcer celle-ci.


électro-injection
Fig 1- Principe de l'électro-injection
électro-osmose
Schéma illustrant la disposition des électrodes dans le matériau
Quelque soit le type d'injection, l'objectif est d'introduire, dans le milieu à traiter, une substance chimique liquide susceptible de polymériser ou de cristalliser. Le choix du produit injecté dépend de la nature du matériau concerné et de l'usage ultérieur souhaité.

La méthode d'injection la plus classique est celle de l'injection sous pression : le milieu doit être suffisamment perméable, la pression augmentant en fonction inverse de la perméabilité. Lorsque la perméabilité du milieu à traiter est faible voire très faible (argile, béton poreux, etc. ), la seule méthode envisageable est celle de l'électro-injection.

Dans l'électro-injection, l'évolution de la perméabilité ou pré-traitées milieu à considérer. Ces propriétés ont pour conséquences une grande capacité d'échange ionique et la création d'une double couche électrique à l'interface solide-liquide.
Ils s'expliquent par la formation, autour des particules dans le cas d'une argile, d'un nuage diffus de cations résultant des deux effets antagonistes d'attraction et de répulsion. Ainsi la distribution des charges n'est pas uniforme, et on observe une accumulation de cations au voisinage de la surface. La valeur du potentiel, au niveau de la séparation des deux couches (mobile et fixe) est le potentiel électronique, appelé zêta, il mesure la charge électronique superficielle et donne la grandeur des forces répulsives interparticulaires.

- Anodes et cathodes placées à l'intérieur d'un forage à une profondeur requise dans le matériau à traiter.
- Système par bandes carbone placées sur l'ouvrage à traiter.

Afin de rendre la méthode d'électro-injection industrielle, un ensemble de paramètres doit être enregistré afin de connaître l'avancée du front de la solution dans le milieu traité.
Pour ce faire, un logiciel permet d'interpréter les mesures avant, pendant et en fin de mise en ?uvre, de résistance, de tension, d'intensité et des débits hydrauliques. Ce logiciel est interactif et réagit automatiquement sur les paramètres concernés, pour ralentir, accélérer ou stopper les pompes ou les alimentations électriques concernées.
Une cartographie fournie par ce même logiciel restitue une visualisation des quantités et des détails du cheminement électro-osmotique de la solution jusqu'au débit de sa polymérisation et permet ainsi ? tant à l'entreprise qu'au client ? de suivre l'évolution du milieu traité et l'efficacité du traitement. Ces enregistrements systématiques permettent de constituer une base de données qui s'enrichit constamment et de faire évoluer cette nouvelle technique vers de nouveaux domaines d'application.
Cette méthode permet de rallonger la vie des ouvrages en réhabilitant les matériaux constituants par ce traitement matriciel.

Les matériaux traités par ce procédé sont :
- la pierre
- les mortiers
- la brique
- les bétons anciens (armés et non armés)
- les ouvrages maçonnés (pierre et liant)
- les argiles
- les boues saturées.


Formulation qui régie l'électro-osmose

L’électro-osmose est régie, à l’échelle macroscopique, par la loi de Casagrande (Casagrande, 1953) : Qe = ke,A,(ΔV/ΔL), ou Qe est le débit électro-osmotique, A, l’aire de l’échantillon, (ΔV/ΔL) le gradient de tension électrique imposé et ke le coefficient de perméabilité électro-osmotique. Ce dernier coefficient, a l’inverse du coefficient de Darcy (Kh), est pratiquement constant quel que soit le type du matériau et est de l’ordre de ? 5.10-5 cm²N/S. Ce coefficient peut être estimé théoriquement par l’équation connue de Hemlmohltz-Smoluchowski :
Ke = ε/η.ζ.n
Avec ? constante diélectrique du liquide interstitiel, ? la viscosité dynamique, ζ le potentiel zêta et n la porosité du milieu.
C’est L. Casagrance qui fut le vrai promoteur de l’utilisation de cette technique pour drainer des terrains inconsistants en vue de la réalisation de travaux de terrassement ou de fondations : ses travaux (Casagrande, 1953) ont été effectués tant en Allemagne qu’aux Etats-Unis. On peut également citer les travaux de Soderman et Milligan (Soderman et Milligan, 1961). Bozozuk et Labrecque (1967) dans l’utilisation de l’électro-osmose pour augmenter le frottement latéral des pieux. Malgré le succès de ces travaux, l’électro-osmose n’a guère été utilisée par la suite dans ce type de réalisations.


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