Chapitre IV : Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les
4. Présentation des matériaux
Dans le souci de réaliser des essais en laboratoire sur des systèmes d’étanchéité- drainage représentatifs des dispositifs de fond d’Installation de Stockage de déchets, les matériaux que nous avons utilisés sont semblables à ceux mis en oeuvre sur les sites. Comme expliqué dans le premier chapitre, les matériaux sont d’une part des géomatériaux dans les cas de la barrière minérale d’argile compactée et de la couche granulaire drainante, d’autre part des produits géosynthétiques pour la géomembrane et le géotextile.
Les différents matériaux utilisés dans la partie expérimentale de ce travail de thèse sont présentés dans les quatre parties qui suivent.
4.1 Géomembranes
Nous avons choisi d’utiliser les géomembranes les plus couramment posées en barrière d’étanchéité active de casier d’ISD qui sont, selon Rollin et al. (2002a), les géomembranes en PEHD. Nous avons donc utilisé des géomembranes en PEHD lisse de 2 mm d’épaisseur pour l’ensemble des essais, provenant du même producteur. Une nouvelle géomembrane a été préparée pour chaque essai car l’application de contraintes mécaniques et le contact avec les éléments rigides de la couche granulaire déforment toujours et endommagent parfois les géomembranes. Les géomembranes, mises en relaxation avant chaque essai, sont découpées à l’emporte-pièce pour les essais en cellule de 20 cm de diamètre et manuellement dans le cas des essais de dimension métrique. Pour l’ensemble des essais, un trou circulaire de 4 mm de diamètre a été percé au centre de la géomembrane en utilisant un emporte-pièce.
Dans le cas des essais en cellule de mesure de transmissivité de Touze-Foltz (2001), l’ensemble de la partie supérieure est mis en eau lors de l’application de la charge hydraulique (voir figure IV-1) ce qui permet l’alimentation du défaut circulaire.
Tuyaux d’alimentation et de purge
Raccord en Y
Embout PEHD
Chapitre IV – Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les dispositifs d’étanchéité
Par contre, lors des essais en colonne de dimension métrique, la charge hydraulique n’est pas appliquée à travers l’ensemble de la couche granulaire mais seulement au niveau du défaut, en fixant un embout PEHD sur la géomembrane sur lequel viennent se raccorder les tuyaux du circuit hydraulique. Le détail du raccord au défaut est présenté sur la figure IV-6.
4.2 Géotextiles
La sélection des géotextiles testés dans l’étude concernant leur influence sur les débits de fuite lorsqu’ils sont posés sous la géomembrane a été faite à partir des résultats de l’enquête auprès des entreprises de pose de géosynthétiques et des exploitants d’ISD. Le graphique tracé en figure I-7 indique que les géotextiles non-tissés aiguilletés d’une masse surfacique proche de 300 g.m-2 représentent la majorité des produits employés sous la géomembrane, au contact de la barrière argileuse. Nous avons donc choisi de réaliser les essais avec les deux produits commerciaux les plus cités lors de l’enquête. Bien qu’il ne soit pas fait mention de l’usage de géotextile thermolié, nous avons choisi de tester aussi le comportement de ces matériaux, en raison de leur très faible épaisseur et parce qu’ils pourraient éventuellement constituer une alternative à l’usage des géotextiles aiguilletés. Les trois géotextiles retenus pour l’étude ont été dénommés GA, GB et GC respectivement par souci de confidentialité. Ils sont tous composés de fibres polypropylène (voir tableau I-1) et leurs principales caractéristiques sont données dans le tableau IV-3.
Géotextile Type* surfacique Masse
(g.m-2) Epaisseur sous 2 kPa (mm) Epaisseur sous 50 kPa (mm) Epaisseur sous 100 kPa (mm) GA NT-A fibres PP continues 300 2,8 1,56 1,39 GB NT-A fibres PP continues 330 3,5 2,36 1,90 GC NT- Thermolié Fibres PP 130 0,4 0,4 0,4
* : NT: Non-tissé, A: aiguilleté, PP : polypropylène
Tableau IV-3 : Propriétés des géotextiles étudiés, issus de l’enquête réalisée Un nouveau géotextile a été utilisé pour chaque essai car les géotextiles sont contaminés au contact du sol argileux et perdent l’agent mouillant qui imprègne leurs fibres lorsqu’ils sont soumis à plusieurs cycles humidification/séchage, comme nous le verrons dans le paragraphe 6.3.3.4.
4.3 Argiles compactées
Le sol utilisé en tant que barrière minérale pour l’ensemble des essais expérimentaux doit répondre à deux critères : (1) il doit être représentatif des matériaux utilisés pour l’étanchéité passive en ISD et donc posséder une conductivité hydraulique inférieure ou égale à 10-9 m.s-1 ; (2) ses propriétés mécaniques doivent être compatibles avec le protocole de reproduction d’état de surface de site que nous détaillerons par la suite. En particulier, la
Chapitre IV – Expérimentations hydrauliques d’écoulements dans les dispositifs d’étanchéité
plasticité doit être importante lorsque le sol est à une teneur en eau aux alentours de l’optimum Proctor (cf. chapitre I).
Le sol utilisé provient de la formation géologique des Argiles d’Armance (Albien Inférieur) et plus précisément de l’épaisse assise argileuse qui forme la barrière d’étanchéité passive de l’Installation de Stockage de Déchets de Montreuil-sur-Barse (Aube). Etant donné que ce sol, qui contient comme principaux minéraux argileux de l’illite, de la smectite et de la montmorillonite, répond aux critères de plasticité et provient d’une barrière passive de site, il constitue un matériau idéal pour nos essais. D’autre part, il s’agit d’un sol déjà utilisé dans une partie des travaux de Touze-Foltz (2001). Son aspect est celui d’un sol fin, plastique, sa couleur est grise, sa conductivité hydraulique a été estimée in situ par Berroir et al. (1997) à 3×10-10 m.s-1. La teneur en eau du sol pour l’état de plasticité désiré correspond à 20 % environ, située du côté humide de la courbe de compactage qui possède un Optimum Proctor à 18 %.
4.4 Matériaux granulaires de la couche drainante
Les matériaux utilisés pour représenter la couche drainante qui assure la collecte et le transport des lixiviats vers les puits de pompage en fond d’ISD (voir figure I-1) sont des granulats non-calcaires concassés de granulométrie 40/80 mm, d’aspect semblable au ballast des voies de chemins de fer. Ces granulats ne sont pas coupants mais assez anguleux (cf. Figure IV-6), ce qui les rend différents de ceux utilisés sur les sites, qui sont plutôt des galets alluvionnaires donc de forme arrondie. Cependant, même pour certains essais réalisés sous une contrainte mécanique de 134 kPa en l’absence de géotextile de protection de la géomembrane, celle-ci n’a jamais été poinçonnée par les granulats.