Congélation du sol

Congélation du sol à l'azote liquide

Industries de la congélation de sol - Le renforcement et l'étanchement font partie des activités quotidiennes dans l'industrie de la construction. Dans certaines conditions, la congélation du sol à l'azote liquide constitue la meilleure solution par rapport aux méthodes de traitement des sols traditionnelles.

Avantages pour le client

Au cours des deux dernières décennies, la congélation du sol à l'azote liquide (LIN) considérée au départ comme une application gaz "exotique » comportant beaucoup d'incertitudes, s'est imposée aujourd'hui comme une procédure standard pour le traitement de sols instables et de fuites.

L'utilisation de ce process en concertation avec nos experts apporte de nombreux avantages:

• L'installation d'une unité de congélation à l'azote liquide peut être réalisée rapidement, des quantités importantes de matériel spécialisé étant détenues en stock.
• L'investissement associé à une unité de congélation LIN représente seulement une fraction du montant consacré à l'installation d'une unité de congélation en saumure.
• La température du sol gelé est sensiblement plus faible par rapport à l'utilisation d'une unité de congélation en saumure, ce qui améliore la stabilité
• La basse température du LIN ( -196°C ou -320.80oF) permet de mettre en place la congélation en 4 à 7 jours environ, ce qui est sensiblement plus rapide que le process de congélation en saumure qui peut facilement prendre un mois
• Process respectueux de l'environnement, exempt de substances dangereuses, pas de vibrations et pas de pollution des eaux souterraines ni d'extraction
• Fonctionnement automatique du process
• Souplesse de conception dans le sol gelé
• Combine les fonctions d’étanchement et de soutènement
• Haute tolérance à l'humidité des sols (5-100%)
• Le sol gelé est 100% étanche, il ne peut subir aucune fuite
• La dureté du sol gelé est comparable au béton
• La solidification du sol est seulement temporaire. Après l'arrêt de l'alimentation en LIN, le sol dégèle et retrouve son état d'origine en quelques semaines.

Les tuyaux de congélation en cuivre d'un diamètre standard de 54 mm sont installés avec un espacement moyen de 0.5 à 0.8 mètres. Des tubes descendants sont installés à l'intérieur (diamètre de 10 à 12 mm) des tuyaux.

Congélation

L'azote liquide est alimenté dans les tuyaux et passe à travers les tubes isolés. Par cette action, le LIN s'évapore, pendant qu'1 kg de LIN extrait une énergie d'environ 200 kJ du sol environnant qui se refroidit et gèle. Le GAN (azote gazeux) froid évaporé, également appelé gaz d'échappement, extrait environ 100 kJ supplémentaires du sol. La température du gaz d'échappement est utilisée pour commander une électrovanne. Cette dernière permet d'assurer un débit régulier et une utilisation optimisée du LIN.

Après un certain temps, la taille des zones congelées autour des tubes de congélation s'accroît jusqu'à se toucher, fusionner, et continue à grandir pour finalement former une cloison fermée et étanche. En l'espace d'une semaine environ ce process permet de former un mur congelé d'environ un mètre de diamètre.

Cette phase, appelée étape de mise en place, dure généralement entre quatre et sept jours. La consommation totale de LIN pendant ce temps est d'environ 1500 à 2500 litres/m³ de sol congelé. Certains facteurs de nature géologique (comme les sources thermales, le débit d'eau, etc.) peuvent influer sur cette valeur.

Maintien du gel

Au cours de la phase suivante, dénommée étape de maintenance, l'alimentation en LIN est réduite, et la surface de sol congelé cesse d'augmenter, pour conserver le volume atteint. Pour maintenir 1 m³ de sol gelé il faut environ 90 litres de LIN/jour.

Arrêt de la congélation

Dès l'arrêt de l'alimentation en LIN, la "construction de glace" commence à fondre, pour disparaître complètement en quelques semaines.

Conception d'un site à congeler

Lors de la conception d'un site à congeler à des fins de soutènement et/ou d'étanchement, un grand nombre de paramètres doivent être pris en considération.

Les deux objectifs principaux que nous cherchons à atteindre sont:

• Sécurité maximale
• Consommation de LIN minimisée.

Forts d'une expérience acquise au cours d'une centaine de projets de congélation et de nombreux travaux de recherche fondamentale durant les trente dernières années, nous sommes en mesure d'offrir la meilleure solution.

Service complet

Nous ne faisons pas que livrer l'azote liquide. En fonction des besoins des clients nous pouvons offrir:

• Calculs statiques
• Perçage
• Installation
• Maintenance.

Couverture globale

En collaboration avec notre département spécialisé en services industriels, nous pouvons vous garantir une qualité à l'échelle mondiale. Nos projets récents en cours à Singapour, au nombre de cinq, se déroulent conformément au calendrier prévu, malgré des conditions très difficiles (45m au-dessous de la surface, température du sol 26°C 978.80oF, utilisation d'explosifs dans le tunnel).

Étude de cas

À Bielefeld, en Allemagne, un tunnel devait être creusé à travers plusieurs formations géologiques différentes.

À un certain emplacement, le toit du tunnel passait en partie à travers des couches quaternaires, où il a été constaté une rainure alluviale composée de sable fin et limoneux saturé. La zone posant problème, d'une longueur de 50 m environ, a été placée sous une protection de surgélation à l'azote.

L'existence d'un parc au niveau du sol, contenant de vieux chênes, faisait partie des éléments à prendre en considération La faible superposition, de 7 m seulement, ainsi que la sauvegarde de la fonction d'écoulement du sol constituaient également deux autres éléments importants dans la décision d'utiliser la congélation à l'azote.

Une conception de congélation en forme de toit a été choisie. L'inclinaison était de 45°. Les tubes de congélation s'étiraient dans l'argile pierreuse étanche. Les parties supérieures des tubes de congélation étaient isolés pour protéger les racines des chênes du gel. Ce qui réduisait également le volume du sol congelé et abaissait la quantité d'azote liquide.

Pour une sécurité accrue cinq cloisons ont été dessinées. Les cinq sections qui en résultaient, d'une longueur de 10 m chacune, ont entraîné la réduction du nombre de circuits de commande. L'une des sections contenait environ 24 tubes de congélation pour le toit et environ 8 pour la cloison.

Les 32 circuits de commande s'y reportant étaient actionnés et documentés à l'aide de notre système de commande de process conteneurisé conçu spécialement pour le projet.

Parallèlement à l'avancement des travaux d'excavation, le dispositif de congélation a été déplacé d'une section à l'autre pour construire une protection pour les travaux liés au tunnel. L'équipement de congélation a été retiré à l'issue du franchissement du sillon alluvial. Aujourd'hui ni le parc ni les chênes ne montrent de signe d'affaiblissement suite à ces sérieux travaux de construction.