Objectifs de l’étude et éléments nouveaux apportés

Les essais expérimentaux ont été réalisés pour répondre à plusieurs objectifs, qui sont les suivants :

• D’une façon générale, nous avons cherché à réaliser des essais hydrauliques sur des dispositifs d’étanchéité composite dans des conditions réalistes, en introduisant des paramètres qui rendent les essais plus conformes à la réalité de terrain : état de surface de l’argile semblable aux états de surface de site avec des marques de circulation d’engins, contrainte mécanique appliquée au système compatible avec une barrière de fond d’ISD en exploitation, c’est à dire sous plusieurs mètres de déchets, etc.. Seule la présence de plis dans la géomembrane n’est pas reproduite, car la grande dimension des plis (cf. chapitre I) interdit leur prise en compte réaliste dans des essais réalisés au laboratoire. Les observations effectuées au terme des essais hydrauliques doivent offrir la possibilité d’analyser l’écoulement, de savoir si celui-ci se fait suivant des cheminements d’écoulement préférentiel.

Chapitre IV – Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les dispositifs d’étanchéité

• Le second objectif est de déterminer avec précision la variabilité spatiale des ouvertures d’une interface d’étanchéité composite, soumise aux conditions énoncées précédemment pour disposer de conditions réalistes et rendre cette interface représentative d’une interface de site. Cette géométrie tridimensionnelle va permettre de mieux connaître la morphologie du milieu dans lequel se fait l’écoulement, qui fera l’objet de simulations numériques dans la dernière partie de ce travail de thèse : l’acquisition de la géométrie va être utilisée pour tenter de simuler un modèle de flux capable de prédire la gamme des débits de fuite potentiels à partir des ouvertures d’interface, les données modélisées étant comparées aux données hydrauliques réelles.

• Le dernier objectif est d’étudier l’influence de la présence d’un géotextile à l’interface sur les débits de fuite dans l’étanchéité composite. Le but global de l’étude est de déterminer si la pose d’un géotextile peut conduire à augmenter ou au contraire à réduire les débits de fuite en cas de défaut dans la géomembrane, en se plaçant dans les conditions les plus proches possibles d’un dispositif d’étanchéité au sein d’une Installation de Stockage de Déchets. D’autres questions seront aussi étudiées :

• identifier quels paramètres peuvent jouer sur les écoulements. Nous avons retenu l’importance de la contrainte mécanique appliquée sur le dispositif d’étanchéité, l’état de surface de la barrière argileuse et, bien entendu, les propriétés intrinsèques des différents produits testés. Ces points nécessitent une attention toute particulière car les analyses disponibles dans la bibliographie sur l’influence des deux premiers paramètres semblent diverger ;

• déterminer si on peut se contenter d’utiliser les résultats d’essais normalisés non-représentatifs des conditions qui existent sur site d’ISD pour évaluer les débits de fuite potentiels ou si des expérimentations plus fidèles à la réalité mais plus difficiles à mettre en œuvre sont requises;

• l’objectif final est de pouvoir préconiser ou non la pose d’un géotextile en prenant en compte son environnement une fois en place dans l’ouvrage et, en cas de nécessité de pose, de déterminer quel type de produit il est préférable d’utiliser.

La détermination de la géométrie précise de l’interface est une question qui a limité le développement de tous les modèles présentés dans le chapitre II et la réalisation d’essais à l’échelle métrique, tout en contrôlant les conditions de la mesure, constitue une avancée par rapport aux travaux antérieurs. La question de l’écoulement dans une interface d’étanchéité composite en présence d’un géotextile a été peu étudiée et devrait permettre d’étendre la compréhension des transferts advectifs dans les dispositifs d’étanchéité à des cas statistiquement très fréquents sur site selon les résultats de l’enquête présentée dans le premier chapitre de ce travail de thèse. Le tableau IV-1 présente une synthèse des essais menés au cours de ce travail de thèse.

Chapitre IV – Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les dispositifs d’étanchéité

Type d’essai Dimension du dispositif expérimental (diamètre en m)

Etat de surface reproduit

d’après moulage sur site Contrainte mécanique appliquée (kPa) Mesure de débit et acquisition de la géométrie d’interface 1 Oui 6 Mesure de débit et acquisition de la géométrie d’interface 1 Oui 64 Investigation rôle du

géotextile 0,2 Non (lisse) 50

Investigation rôle du

géotextile 0,2 Non (lisse) 100

Investigation rôle du

géotextile 0,2 Non (état artificiel) 50 Investigation rôle du

géotextile 0,2 Non (état artificiel) 100 Investigation rôle du

géotextile 1 Oui 64

Investigation rôle du

géotextile 1 Oui 134

Tableau IV-1 : Synthèse des essais réalisés, mentionnant l’échelle du dispositif et la nécessité éventuelle de reproduction d’état de surface

Nous avons choisi de travailler à deux échelles différentes, comme l’indique la synthèse des essais présentée dans le tableau IV-1. Les expérimentations qui ont pour but d’étudier la géométrie de l’interface et les écoulements qui y interviennent ne sont effectuées qu’à l’échelle métrique car eux seuls permettent de reproduire un état de surface de l’argile représentatif de site. Par contre, dans le cas de l’étude de l’impact de la présence d’un géotextile, la démarche est différente car des essais très simples pourraient être envisagés pour réaliser l’étude. En travaillant à différentes échelles mais surtout avec des dispositifs qui permettent de reproduire des conditions de plus en plus proches de celles qui existent en fond d’installation de stockage de déchets, nous avons la possibilité de vérifier si l’on obtient des conclusions similaires pour des conditions mécaniques et hydrauliques proches.

Cette étude doit ainsi permettre de mettre en évidence le rôle prépondérant que joue l’état de surface de l’argile compactée sur les écoulements, qui est au cœur du travail de thèse.

Pour les essais qui traitent du rôle d’un géotextile à l’interface, nous avons donc utilisé des dispositifs expérimentaux qui constituent des moyens d’investigation de réalisme intermédiaires entre l’essai le plus classique, celui de capacité de débit dans le plan suivant la norme EN ISO 12958 et une mesure in situ en conditions réelles. Le degré de réalisme introduit avec chaque dispositif est présenté dans le tableau IV-2. Plus la dimension de l'essai est importante, plus les résultats obtenus seront réalistes car les phénomènes physique se rapprochent de ceux qui interviennent sur le terrain.

Chapitre IV – Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les dispositifs d’étanchéité

Degré de réalisme Type de dispositif Environnement du géotextile étudié

1 Banc d’essai normalisé EN ISO 12958

• Charge hydraulique constante • Contact avec des plaques de mousse • Charge mécanique appliquée sur toute la superficie du produit

2 Cellule de mesure de transmissivité ∅ 20 cm

• Charge hydraulique constante • Contact avec géomembrane et argile • Charge mécanique appliquée par granulats inclus dans résine

• État de surface de l’argile non réaliste

3 Colonne d’essai ∅ 1 m

• Charge hydraulique constante • Contact avec géomembrane et argile • Charge mécanique appliquée par couche granulaire

• État de surface de l’argile réaliste 4 (non réalisé) Fond d’ISD Conditions réelles

Tableau IV-2 : Accroissement du degré de réalisme introduit dans les essais concernant les géotextiles à l’interface, en fonction du dispositif expérimental utilisé.

Les paragraphes qui suivent vont présenter les dispositifs expérimentaux utilisés pour remplir ces objectifs, ainsi que les matériaux qui ont servi à la réalisation des essais.