INJECTION D'ÉPOXY SOUS PRESSION, FORT No1
LAUZON, QC, CANADA

L'objet de cette communication est de vous présenter, avec le plus de détails techniques possible, une expérience d'injection d'époxy à Lauzon. En fait, le site sur lequel s'est déroulée cette expérience se trouve juste en face de Québec, sur la rive sud du fleuve Saint-Laurent. L'expérience en question consistait essentiellement à injecter les voûtes en briques d'un vieux fort canadien déclaré monument historique et appartenant au gouvernement fédéral. Il s'agit du Fort no 1 à Lauzon.

Quelques mots sur l'histoire du fort et sur la philosophie de restauration qui a été adoptée pour le projet.

Surplombant le Saint-Laurent, à 125 mètres au-dessus de son niveau, dissimulé et presqu'invisible, le Fort no 1 fait partie d'une série de trois ouvrages de défense érigés par les canadiens en raison des craintes d'une invasion américaine par la vallée de la Chaudière et le Saint-Laurent. Le journal "Le Canadien" du 14 août 1865 nous relate en ces termes les débuts de sa construction :

"Les travaux commencés depuis quelques temps à Lévis et la présence d'un grand nombre de soldats stationnés dans le voisinage ont répandu une animation et une activité extraordinaires dans cette ville... Les visiteurs dont un bon nombre sont des touristes américains affluent tout les jours à Lévis sur le site des travaux militaires, dont l'accès est très facile... On calcule qu'il faudra deux ans pour terminer les travaux de défense. Le nombre de soldats employés dans le camp militaire et aux fortifications est de 1 100... Outre les soldats, un certain nombre de travailleurs sont employés aux travaux; leur nombre sera augmenté graduellement, paraît-il, à mesure que l'ouvrage progressera".

De fait, la main d'oeuvre militaire britannique mit huit ans et non sans peine, à le terminer au coût de 60 000 livres sterling, soit environ 300 000 $ à cette époque. La signature du traité de Washington en 1872 fait disparaître le climat de tension entre l'Angleterre et les États-Unis. À compter de cette date, cet emplacement sert à diverses fins militaires : successivement, on y retrouve un camp d'exercice pour l'école d'artillerie et la milice, des entrepôts de munitions, un refuge pour les régiments canadiens. En somme, le Fort no 1 n'a pas connu une histoire très glorieuse, mais il n'en demeure pas moins un témoin important d'un vaste plan de réorganisation de la défense du territoire colonial britannique.

Parmi les éléments à restaurer, on trouvait une magnifique série de voûtes en briques dans les casemates et les caponnières de gorge et de droite. Ces voûtes de cinq briques d'épaisseur étaient dans un état de détérioration passablement avancé de sorte qu'il fallait soit les consolider soit les renforcer d'une manière quelconque pour garantir la sécurité du public.

Après avoir fait l'inventaire et l'analyse des différentes techniques à notre disposition notre choix s'est arrêté sur les époxy comme matériaux et technique offrant le plus de chances de succès. En effet ceux-ci alliaient force, résistance à l'humidité et fluidité variable. Ils offrent en outre le très grand avantage suivant : lorsqu'ils durcissent après avoir été injectés, ils demeurent stables en volume; il n'y a aucun retrait ou expansion au séchage, uniquement un dégagement de chaleur. Le fait d'injecter les voûtes plutôt que de les démonter ou de les renforcer par un moyen quelconque nous apparaissait comme étant le moyen le plus économique de résoudre notre problème tout en respectant l'intégrité historique du monument.

Description générale des travaux d'injection

La séquence habituelle de ce genre de travail peut se résumer comme suit :

Forages : Les forages d'un diamètre de 1.5 cm et de 40 cm de profondeur sont effectués à environ tous les 40 cm de la surface à injecter. On dispose les forages en quinconce dans les joints des briques.

La profondeur des trous correspond généralement à l'écartement en plan de ceux-ci; il peut néanmoins être nécessaire de modifier cette disposition afin de satisfaire à des conditions locales telles que la présence anormale de fissures ou de maçonnerie de qualité différente.

Nettoyage : La paroi interne de ces trous est nettoyée à l'aide d'une brosse pour en extraire le plus possible les poussières et s'assurer de leur libre passage après forage.

Tuyau : Les tuyaux servant d'amenée au produit d'injection sont mis en place. Ils peuvent être soit de plastique, comme dans le cas présent, soit en cuivre. Les tuyaux sont collés en place à l'aide d'une résine d'époxy du type une partie de résine pour une partie de catalyseur.

Injection proprement dite : Ce travail est effectué à l'aide d'une pompe et d'un pistolet d'injection par deux ouvriers spécialisés. La résine ainsi que le catalyseur sont en réserve dans deux récipients séparés dans la pompe. Celle-ci, par un jeu d'engrenages spéciaux, admet les produits dans une proportion bien constante, généralement deux volumes de résine pour un volume de catalyseur. Toujours par des conduites séparées, les produits ainsi mesurés se rendent jusqu'au pistolet d'injection. Ce n'est qu'à partir de ce moment que le mélange résine-catalyseur se produit et nous avons ainsi le départ de la réaction chimique du produit final.

Le pistolet d'injection est introduit dans un tuyau de raccordement et l'ouvrier commande l'arrivée du mélange dans la zone à injecter. On commence généralement les travaux dans la section la plus basse et la moins perméable. Le pistolet d'injection est doté d'un contrôle de pression avec cadran de 0 à 1.5 kg/cm2 ainsi que d'une valve d'arrêt pour interrompre le débit du produit.

Au début de l'opération, la pression initiale pourrait être très faible ou au contraire très élevée, selon la nature de la maçonnerie et l'ampleur de la fissuration.

Si la pression est élevée, il faut s'assurer que ce n'est pas dû uniquement à des obturations naturelles facilement déplaçables comme des morceaux de briques ou de mortier. On augmente la pression 0.15 à 0.20 kg/cm2 pour un temps très court; si la pression demeure, on abandonne alors les travaux d'injection à cet endroit et on passe au trou suivant. Dans ces cas, il ne se produit généralement pas de suintement de la maçonnerie ni de communication du produit dans les trous adjacents.

Si au contraire la pression initiale est très faible ou encore nulle, l'ordre des opérations est légèrement modifiée. On procède alors à l'injection simultanée de plusieurs trous (de 3 à 5). Cette façon de travailler permet d'obturer une partie des fissures très larges en laissant la possibilité au produit injecté de durcir partiellement et ainsi, de procurer une augmentation valable de la pression d'injection. Cet accroissement de la pression permettra au mélange de se rendre dans les fissures les plus fines ou d'accès difficile.

Il est très important de surveiller constamment la quantité de produit utilisé dans une même zone. Toute accumulation exagérée de produit à un endroit donné provoquerait un dégagement trop important de chaleur qui pourrait détériorer la qualité du travail déjà exécuté.

Lors des opérations d'injections, les coulisses du produit sont nettoyées immédiatement, et les fissures obstruées soit avec de la paraffine dans le cas des petites fissures, soit avec un mélange de ciment à prise rapide de type "Speed-Crete" ou "Quick Plug" dans le cas des fissures plus importantes.

Après durcissement des volumes consolidés, les tuyaux sont enlevés et la surface de la voûte est nettoyée proprement. L'opération d'injection est alors terminée.

Description des travaux dans la caponnière de gorge

Les travaux ont débuté en mars 1977 dans la caponnière de gorge. Il a été difficile au début d'obtenir un chauffage adéquat. Nous avions une température inférieure à 150 C à l'intérieur des trous. De plus, il y a lieu de remarquer qu'il s'est produit ce jour là des fuites d'eau qui auraient obligé l'arrêt du travail si la résine d'époxy n'avait pas été compatible à la présence d'humidité.

Les produits que nous avons utilisés sont : le AE Concresive 1050-15, une résine d'époxy à viscosité moyenne, et le AE Concresive 1380, une résine d'époxy à très basse viscosité. Nous utilisions le produit le plus épais pour les grosses fissures, ce qui nous permettait d'utiliser moins de produits et par conséquent d'améliorer le rendement au mètre carré. C'est à la suite de plusieurs essais que nous en sommes venus à l'utilisation de ces deux produits combinés. Il est très important de faire plusieurs essais en chantier avant de finaliser les devis et d'aller de l'avant avec de telles techniques d'injection, car les produits sont très chers.

Les chiffres suivants vous donneront une bonne idée du rendement et du coût des travaux d'injection réalisés dans la caponnière de gorge.

Nombre de litres de produit par trou 1.5 litres
Nombres de trous 650 trous
Surface couverte 110 m2
Profondeur des trous 40 cm
Volume de maçonnerie 45 m3
Consommation 14 litres/m2
Volume rempli par résine époxy 3.1%
Temps (1 à 4 machines selon besoins) 284 heures
Coût 154 00 $/m2

Chaque machine à injection requiert deux ouvriers pour l'opérer, et les travaux sont dirigés par un contremaître surveillant.

Description des travaux dans la caponnière de droite
Les travaux dans la caponnière de droite se sont déroulés sensiblement de la même façon que dans la caponnière de gorge avec la variant suivante : dans une zone particulière de cette caponnière, les travaux nécessaires à une mise en état préliminaire ont été considérables, car la détérioration atteignait plus de deux rangs de briques.

Ces travaux de reprise préliminaire ne nous permettaient pas d'évaluer précisément la quantité de résine dont nous aurions besoin pour l'injection; afin d'économiser des litres de résine, nous avons procédé à une injection préliminaire de 25 litres de coulis de ciment. Cette quantité fur consommée dans trois trous de forage. Les trous adjacents ne laissant pénétrer qu'une faible quantité de coulis, nous sommes donc revenus aux injections d'époxy.

Recommandations

En nous basant sur l'expérience et les connaissances acquises lors de ces travaux d'injection au Fort no 1 de Lauzon, nous formulons les recommandations suivantes pour chacune des trois phases principales soit la préparation des surfaces, l'utilisation des résines elles-mêmes et le contrôle de qualité tout au long des travaux.

Préparation des surfaces et des travaux

La grandeur et le nombre des fissures pourront être possiblement diminués par une réparation préliminaire, plus ou moins importante des parties à injecter. Ces préparations pourront être faites soit en replaçant des matériaux, en colmatant au mortier ou en injectant à l'aide de coulis de ciment.

Le produit servant à la pose des tuyaux de plastique adhérant facilement au matériel environnant, il faut donc en employer le moins possible en évasant l'entrée des trous.

Utilisation des résines d'époxy

La température ayant une forte influence sur la cure du produit, nous conseillons de bien chauffer la maçonnerie avant d'entreprendre les travaux.

Lors de nos travaux, les pressions d'injection variaient de 0.15 à .70 km/cm2 avec comme moyenne générale .32 à .35 kg/cm2. Nous n'avons remarqué aucun déplacement de maçonnerie dû à une pression trop élevée. Il est à remarquer qu'une pression trop faible ou nulle ne permet pas d'assurer un travail de qualité.

Contrôle de qualité

Tout au long de nos travaux, le contrôle de qualité était assuré par la présence continuelle du représentant d'un laboratoire de construction. Aux moments opportuns, il faisait prélever des échantillons de maçonnerie par carottage et les apportait au laboratoire pour analyse. Sa présence s'est avérée indispensable pour le succès de l'opération qui s'est terminée en 1978.

Si vous venez au Canada, je vous invite à vous arrêter à Lauzon pour constater par vous-même le résultat de ces travaux et découvrir une partie de l'histoire du Canada.