Défauts dans la géomembrane

Les lés de géomembrane issus des chaînes de production répondent à des critères de qualité car ce sont des produits contrôlés par des organismes garantissant les propriétés et performances des produits, ils ne comportent pas de défauts. Ceux-ci apparaissent pour 97 % sur le chantier lors de la réalisation de l’ouvrage (Rollin et al., 2002b). On peut distinguer deux sources principales de défauts, l’une liée à un mauvais assemblage local des lés de géomembrane, l'autre d’origine mécanique au sens large.

La première source de défauts potentiels provient de l’assemblage des lés de géomembrane (cf. Figure I-12 c). Celui-ci est réalisé dans le cas du PEHD par une double soudure thermique délimitant un canal central entre les deux pistes de soudure. Cette technique permet, par mise en pression du canal central (air comprimé), de vérifier la continuité de la soudure. Cependant, même si les défauts de soudure peuvent être détectés lors de la vérification, les soudures peuvent ensuite céder sous l’action de forces de traction (Haxo et Kamp, 1990).

Les sources d’apparition de défauts d’origine mécanique sont variées. Dans le cas des plis par exemple, à la base du pli ainsi qu’à son sommet existent des zones d’accumulation de contraintes mécaniques (contraintes en tension sur l’une des faces de la géomembrane et contraintes en compression de l’autre côté) qui provoquent des zones de faiblesse (fissuration sous contrainte correspondant à une rupture d’une partie de la structure du matériau). Ces endommagements microscopiques n’auront pas d’effets immédiatement visibles, il ne s’agit pas encore de défauts mais ceux-ci pourront apparaître plus tard lors d’autres sollicitations, mécaniques ou chimiques. Ce type de défaut est fonction des caractéristiques mécaniques du polymère utilisé pour la fabrication de la géomembrane et concernent principalement les géomembranes rigides du type PEHD.

D’autres défauts d’origine mécanique peuvent être des déchirures sous l’action de contraintes de tension ou de cisaillement, ce qui s’observe généralement au niveau des pentes sur les flancs de casiers et peu en étanchéité de fond. Par contre, les défauts provenant de coupures ou de poinçonnement par des éléments rigides peuvent être localisés sur l’ensemble de la surface des géomembranes (cf. Figure I-12 a et b). Ces défauts sont réparés lorsqu’ils sont observés avant le recouvrement de la géomembrane par la couche granulaire, mais ils interviennent plutôt au cours de la mise en place de cette dernière.

4.1.2 Densité et localisation des défauts dans les géomembranes

Touze-Foltz (2001) a réalisé une synthèse du nombre de défauts par site et par hectare à partir de l’ensemble des données relevées dans la bibliographie, essentiellement pour des géomembranes de PEHD. Cette synthèse porte sur les observations et mesures relevées sur 249 Installations de Stockage de Déchets. Les principaux résultats de cette étude bibliographique indiquent que :

• 14 % des ISD ne comportent pas de défauts, 56 % possèdent de 1 à 10 défauts, 24 % possèdent de 11 à 50 défauts et 6 % plus de 50 défauts ;

Chapitre I – Dispositifs d’étanchéité composite des Installations de Stockage de Déchets

• la densité de défaut est plus importante dans les ouvrages de petite dimension, car ils comportent plus de points singuliers (coins, bas de pente) soudés à la main ;

• la répartition des défauts dans la géomembrane non recouverte n’est pas uniforme, 87 % sont situés au niveau des soudures contre seulement 13 % dans les lés. Cependant, ces défauts sont détectés et donc réparés avant la pose de la couche drainante ;

• une densité de 12 défauts à l’hectare est à retenir de l’étude statistique réalisée, dont 9 sont liés à la mise en place de la couche drainante. Cette densité de défaut est intermédiaire entre celle relevée par Peggs (2001) de 2 défauts par hectare (mais obtenue pour des géomembranes en PEBD) et celle donné par Rollin et al. (2002b) de 17 défauts par hectare (la base de données recoupant en partie les sources bibliographiques utilisées par Touze-Foltz, 2001).

A partir de l’étude de 111 sites en Grande-Bretagne représentant 79 ha de géomembrane posée selon les spécifications de plans d’assurance qualité, McQuade et Needham (1999) ont calculé une densité moyenne de défauts de 4,2/ha. Des données de campagnes de détection de fuites par méthodes électriques ont été présentées dans une étude ultérieure (Needham et al., 2004) concernant un total de 102 ha de géomembrane posée dans divers ouvrages en Angleterre, Belgique et Europe de l’Est. Un nombre de 1460 défauts a été recensé, ce qui donne une densité plutôt faible en comparaison avec les autres données disponibles, de l’ordre de 1,5 défauts par hectare. La différence avec une densité de 12 défauts par hectare est attribuable à la campagne de détection électrique, qui semble permettre de diminuer le nombre de défauts post-installation. Cette étude confirme qu’en absence de campagne de détection de fuite électrique des défauts seront invariablement présents dès le début de la vie de l’ouvrage et que la géomembrane est très vulnérable pendant le laps de temps séparant la pose et la mise en place de la couche drainante.

(a)

(b)

(c)

Figure I-12: Illustration de différents types de défauts (a) : poinçonnement de faible dimension (b) : lacération par frottement de la géomembrane contre un élément rigide

Chapitre I – Dispositifs d’étanchéité composite des Installations de Stockage de Déchets

Enfin, dans une étude récente, Peggs et al. (2004) ont détecté 6 défauts sur un site de 1,1 ha étanché au moyen d’une géomembrane en PEHD de 1,5 mm d’épaisseur, par méthode électrique appliquée sur la géomembrane non-recouverte.

4.1.3 Dimension des défauts

Les dimensions des défauts souvent utilisées dans les calculs de prédiction de fuite sont basées sur les recommandations de Giroud & Bonaparte (1989) qui indiquent des défauts circulaires de 2 mm et 1 cm de diamètre. Ces valeurs s’avèrent sous-estimer de façon importante les défauts relevés sur site par d’autres auteurs. L’étude des données publiées par Colucci & Lavagnolo (1995) et Peggs (2001) révèle qu’il existe des défauts dans les géomembranes de toutes dimensions, de 1 mm à plus de 1 m et de toutes surfaces, de moins d’1 cm2 à plusieurs milliers de cm2. Rollin et al. (2002b) indiquent que 80% des défauts relevés dans son étude sont de surface inférieure à 500 mm2.

Les poinçonnements de géomembranes, correspondant globalement à des défauts circulaires, sont généralement de diamètre inférieur à 5 cm (Peggs, 2001) alors que les coupures, correspondant à des défauts longitudinaux, ont plutôt une dimension de l’ordre de 10 cm, ce qui est compatible avec les surfaces restreintes inférieures à 5 cm2 indiquées par Colucci et Lavagnolo (1995) car les épaisseurs des coupures sont de quelques millimètres. Les soudures défectueuses peuvent présenter des défaillances de toutes dimensions, avec une majorité de longueurs inférieures à 50 cm et de surfaces inférieures à 5 cm2_{. Les déchirures} ont en majorité une surface inférieure à 100 cm2 (Touze-Foltz, 2001).

A partir des données bibliographiques de dimension des défauts et des plis dans la géomembrane, des paramètres dimensionnels concordant avec les études citées ont été retenus pour les travaux expérimentaux et numériques présentés respectivement dans les chapitres IV et V de la thèse. Ces paramètres sont présentés dans le tableau I-2.

Type d’étude Type de défaut dimension Essais expérimentaux Trou circulaire ∅ 4 mm

Trou circulaire ∅ 2 mm Trou circulaire ∅ 4 mm Trou circulaire ∅ 4 cm Défaut longitudinal Largeur 2 mm Défaut longitudinal Largeur 4 cm

Simulations numériques

Pli endommagé Largeur 30 cm

Tableau I-2 : Dimensions des défauts retenus pour les études expérimentales et numériques développées dans la thèse.

4.2 Notion d’interface et de qualité de contact entre le sol et la géomembrane